DE2907320A1

DE2907320A1 - Schalldaempfer fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2907320A1
Application number: DE19792907320
Authority: DE
Inventors: Josef Meier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1979-02-24
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2907320C2; CH632318A5; AT362203B; IT7903342A0; NL7901779A; GB2016085B; GB2016085A; FR2419392A1; US4252212A; FR2419392B1; IT1120324B; BE874673A; ATA153879A

Description

Josef Meier
Pfäffikon/Schweiz

Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für die Auspuffleitung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Flugzeugmotors, mit einem die Abgase leitenden Rohr, das mit Oeffnungen versehen ist und über einen Teil seiner Länge von einem mit schalldämpfendem, die Oeffnungen überdeckenden Fasermaterial gefüllten Mantelrohr umgeben ist.

Die Schalldämpfung bei dem aus einem Verbrennungsmotor ausströmenden Abgasen ist ein bekanntes Problem. Gelöst wird es meistens durch Auspufftöpfe, wie sie bei Kraftfahrzeugen allgemein bekannt sind, also durch einen in der Abgasleitung eingebauten Behälter, der durch verschiedene Querwände, sogenannte Schikanen, unterteilt ist. Der Zweck liegt darin, die stossweise in die Leitung gelangenden Gase aufzufangen und sie in gleichmässigem Strom weiterzugeben, wodurch die knallartigen Geräusche unterbunden werden. Dies kann aber wie bekannt, nur durch einen Leistungsabfall des Verbrennungsmotors infolge der Rückstauwirkung des Schalldämpfers erreicht werden; hierzu trägt die mehrfache Umlenkung der Gase um die Schikanen herum wesentlich zur Ver-

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schlechterung des Wirkungsgrades bei.

Es ist daher schon versucht worden, das Problem dadurch zu lösen, dass man ein am Umfang gelochtes Rohr in die Abgasleitung eingesetzt und es mit einem Behälter umgeben hat. Dieser Behälter war mit langfaseriger Glaswolle gefüllt. Nun ist aber Glaswolle wenig hitzebeständig und schmilzt daher im Betrieb rasch auf einen geringen Bruchteil seines ursprünglichen Volumens zusammen. Namentlich für Verbrennungsmotoren von Kleinflugzeugen, die ja meist noch mit Kolbenmotoren ausgerüstet sind, und bei denen höhere Abgastemperaturen als bei Kraftfahrzeugmotoren auftreten (bis zu 500 C), tritt diese Zerstörung schon nach kurzer Zeit ein.

Zwar weisen die mit den erwähnten Schikanen ausgerüsteten Schalldämpfer eine langdauernde Wirkung auf; die Schalldämpfung ist jedoch nur ein Teilaspekt. Ebenso wesentlich ist es, dass diese Dämpfung auch dann erreicht wird, wenn die Abgase möglichst ohne Rückstauwirkung abströmen können. Es ist möglich, dies mit sehr langen Rohren zu erreichen, doch dazu fehlt meist der Platz. Somit bleibt die Tatsache, dass die Forderung nach ungehindertem Abströmen der Abgase und die Forderung nach grösstmöglicher Schalldämpfung einander im allgemeinen widersprechen, weiterhin bestehen. Schliesslich sind auch das Problem der Verbindung der einzelnen Teile sowie dasjenige der Wartung zu berücksichtigen. Es ist bekannt, dass die üblicherweise als Schweisskonstruktionen ausgeführten Schalldämpfer nach einiger Zeit Risse zeigen, die einen vorzeitigen Ersatz notwendig machen. Diese Rissbildung tritt namentlich bei sehr hohen Abgastemperaturen auf, ist also vor allem bei Schalldämpfern für Flugzeugmotoren zu finden, da die Schweissnähte wegen der unterschiedlichen Temperaturen und der dadurch bedingten Ausdehnung des gas-

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.führenden Rohrs und der übrigen Schalldämpferteile über Gebühr beansprucht werden.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen Schalldämpfer zu schaffen, welcher eine langdauernde Schalldämpfungswirkung mit geringstem Leistungsabfall des die Abgase erzeugenden Motors verbindet, der also eine nahezu ungehinderte Abströmung der Abgase zulässt, sodass entweder bei gegebener Nennleistung ein kleinerer Motor oder bei gegebenem Motor eine grössere Leistung möglich ist.

Zweckmässigerweise soll der Schalldämpfer an den Verbindungsstellen zwischen heissen und im Vergleich dazu- kalten Teilen ohne Schweissung ausgeführt sein, um eine unterschiedliche Ausdehnung dieser Teile ohne thermische Ueberspannungen zuzulassen. Auch ist ein leichtes Auseinandernehmen des Schalldämpfers zu Kontroll·- und Unterhaltszwecken erwünscht.

Ein solcher Schalldämpfer der eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet.

Die dort erwähnte konische Erweiterung wird mit Vorteil derart gewählt, dass der Enddurchmesser des Rohres, gemessen am Ende des Mantelrohrs, aufweist, der um 6 % grosser ist als der Anfangsdurchmesser, gemessen am Anfang des Mantelrohrs. Als Fasermaterial hat sich Chromstahlwolle am zweckmässigsten erwiesen, vor allem wegen seiner Hitzebeständigkeit.

Ausführungsbeispiele sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt; es zeigen:

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Fig. 1 eine Längsansicht des Schalldämpfers,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den in Fig. 2 umrahmten Ausschnitt A in grösserem Massstab,

Fig. 4 den in Fig. 2 umrahmten Ausschnitt B in grösserem Massstab,

Fig. 5 eine Endansicht des Schalldämpfers, und

Fig. 6 einen gleichen Schnitt wie Fig. 2 durch eine andere Ausführungsform des Schalldämpfers.

Der dargestellte Schalldämpfer weist ein Rohr 1 auf, das zum Anschluss an eine nicht dargestellte Auspuffleitung eines Verbrennungsmotors (ebenfalls nicht dargestellt) bestimmt ist. Der Anschluss erfolgt in der Weise, dass in den Figuren 1, 2 und 6 die Abgase den Schalldämpfer von links nach rechts durchströmen. Um dieses Rohr 1 herum ist über einen grösseren Bereich desselben ein Mantelrohr 2 angebracht, das in noch darzustellender Weise mit dem Rohr 1 verbunden ist. Der Hohlraum 3 zwischen dem Rohr 1 und dem Mantelrohr 2 ist mit einer Füllung 4 aus faserartigem Material gefüllt, zweckmässigerweise aus ChromstahlwqlIe, die sich sowohl wegen ihrer Hitzebeständigkeit als auch wegen ihrer Faserstruktur am besten für den vorgesehenen Zweck eignet,· die Fasern sind bruchsicher, verspröden also nicht.

Das Rohr 1 erweitert sich in Abströmrichtung konisch gegen das Ende hin. Die Erweiterung beträgt zwischen dem Anfangsdurchmesser D am linken Ende des Mantelrohrs 2 und dem End-

3.

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durchmesser D am rechten Ende etwa 6 %. Durch diese Ere

Weiterung wird eine ungehinderte Abströinung der Gase herbeigeführt.

Das Rohr 1 ist mit zahlreichen Oeffnungen 5 versehen, die sich über den ganzen, innerhalb des Mantelrohrs 2 liegenden Bereich erstrecken. Diese Oeffnungen sind, wie Fig. 3 zeigt, annähernd rechteckige Schlitze; bevorzugte Abmessungen sind eine Länge von etwa 30 mm und eine Breite von etwa 2 mm. Die Oeffnungen 5 werden so hergestellt, dass ein ebenes ChromstahIblech zwischen zwei Walzen zu einem Rohr gerollt wird; dabei weist die eine Walze Erhöhungen auf, die gleichzeitig als Stanzwerkzeuge dienen, während die andere Walze mit entsprechenden Vertiefungen versehen ist. Es findet also ein Dehnen, ähnlich dem Tiefziehen, und gleich-" zeitig ein Aufschlitzen des solcherarts gedehnten Bereiches statt, sodass jede Oeffnung 5 gleichmässig abgerundete Ränder 6 erhält, wie dies aus Fig. 4 besonders deutlich ersichtlich ist. Es sind hauptsächlich diese abgerundeten Ränder, welche einen Einfluss auf die Grenzschicht der Gase an der Rohrwandung ausüben und dafür sorgen, dass durch die kleinen Turbulenzen, die infolge der Umlenkung entstehen, hauptsächlich die Schallwellen höherer Frequenz durch die Oeffnungen 5 hindurch in die Füllung 4 hinein gelenkt werden, ohne dass deswegen ein wesentlicher Gasanteil abgezweigt wird. In dieser Füllung 4 wird dann die Schallenergie vernichtet. Die Folge davon ist, dass nur noch ein wesentlich gedämpfteres Geräusch der aus dem Schalldämpfer ausströmenden Abgase vernommen wird, das zudem praktisch nur noch tiefe Frequenzen aufweist und daher als relativ angenehm empfunden wird. Die umgebogenen Ränder 6 ragen in die Füllung 4 hinein und verankern sie bis zu einem gewissen Grade. Die hauptsächlichste Verankerung der Füllung 4 wird jedoch durch

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ein Stahlband 7 gebildet, welches schraubenlinienförmig um das Rohr 1 herum gelegt wird, wobei es mit seiner Schmalseite auf dem Rohr aufsteht und dort verschweisst wird. Dies ist die zweite, bereits erwähnte Schweissnaht, die ebenfalls deswegen zugelassen werden kann, weil die Temperaturunterschiede zwischen dem Band 7 und dem Rohr 1 sehr gering sind. Es spielt dabei keine Rolle, dass das Band gelegentlich über eine der Oeffmingen 5 hinwegläuft; die Schalldämpfung wird dadurch nicht behindert.

Das Mantelrohr 2 besteht, wie aus den Fig. 1 und 5 ersichtlich, aus zwei identischen Schalenhälften 2a, 2b, die mindestens auf einer, besser aber auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten des Mantelrohrs· 2 je einen Plansch

8 aufweisen. Diese Flanschen dienen zum Aufnehmen mechanischer Verbindungselemente; vorzugsweise sind es Schrauben

9 (hier nur symbolisch dargestellt) , weil diese sich am leichtesten lösen lassen und somit den Unterhalt und die Reinigung des Schalldämpfers am ehesten ermöglichen. Allenfalls könnten die beiden Schalenhälften auch miteinander vernietet sein. Eine der Schalenhälften kann mit Aufhängebriden 10 versehen sein, mittels welchen der Schalldämpfer an irgendeinem tragenden Element (nicht dargestellt) befestigt wird.

Das Mantelrohr ist in dieser Ausführungsform in ovaler Form dargestellt, kann aber je nach den vorhandenen Einbauverhältnissen auch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.

An seinen beiden Enden ist das Mantelrohr 2 mittels je eines Verbindungselementes 11 mit dem Rohr 1 verbunden. Dieses Verbindungselement muss in der Lage sein, die durch die unterschiedliche Erwärmung des Rohres 1 und des Mantelrohres

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sich ergebenden Differenzen in der Längenausdehnung ohne wesentliche Behinderung zuzulassen, Zweckmässigerweise eignet sich für diesen Zweck eine Rundbride, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Sie besteht aus einem relativ dünnen Rohr oder Rundstab, der an seinen beiden aneinandergrenzenden Enden je eine Oese aufweist, durch die eine Schraube 12 hindurchführt. Durch das Anziehen derselben wird dann die feste Verbindung hergestellt, die aber dennoch nachgiebig genug ist, um die erwähnte Längenausdehnung aufnehmen zu können und damit übermässige Spannungen, wie sie z.B. bei geschweissten Verbindungen auftreten, zu vermeiden .

Die Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers, der vor allem für Motoren grösserer Leistung vorgesehen ist. Wegen der grossen Abgasmengen solcher Motoren wird das Rohr 1 innerhalb des Mantelrohrs als sogenanntes Hosenrohr ausgeführt, d.h. in zwei Stränge la, Ib aufgeteilt, die parallel zueinander verlaufen. Damit wird der Anteil der mit Schlitzen 5 versehenen Rohroberfläche wieder in eine Relation zum durchströmenden Gasvolumen gebracht, wie sie beim Schalldämpfer nach der Fig. 1, der für Kleinmotoren geeignet ist, vorherrscht. Damit ist auch bei Grossmotoren eine ausreichende Schalldämpfung gewährleistet.

Der dargestellte Schalldämpfer ermöglicht, wie Versuche bereits bestätigt haben, eine Erhöhung der Motorleistung um annähernd 10 % gegenüber gewöhnlichen Schalldämpfern, unter gleichzeitiger Herabsetzung des Schallpegels um mindestens 8 dB. Er eignet sich daher insbesondere dort, wo besonders scharfe Lärmbekämpfungsbestimmungen gelten. Seine Verwendung für Kleinflugzeuge, namentlich Sportflugzeuge,

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wurde bereits erwähnt, aber auch für Baumaschinen, stationäre Anlagen und für Kraftfahrzeuge, insbesondere schwere Lastwagen, ist er sehr geeignet.

23. Februar 1979

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Claims

Guido Engelhardt Patentanwalt

Ehl«r«ätr. 17 Tel. (07541) 72667 D-7990 FrtedrlchaJiafen,J _

BE 18*929

Josef Meier, Pfäffikon

Patentansprüche

Schalldämpfer für die Auspuffleitung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Flugzeugmotors, mit einem die Abgase leitenden Rohr, das mit Oeffnungen versehen ist und über einen Teil seiner Länge von einem mit schalldämpfendem, die Oeffnungen überdeckenden Fasermaterial gefüllten Mantelrohr umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr in Strömungsrichtung der Auspuffgase sich konisch erweitert, dass die Oeffnungen Schlitze sind, die in Längsrichtung des Rohrs verlaufen, und dass das die Oeffnungen überdeckende Material hochhitzebeständig und bruchsicher ist.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr einen Enddurchmesser, gemessen am Ende des Mantelrohrs, aufweist, der um 6 % grosser als der Anfangsdurchmesser, gemessen am Anfang des Mantelrohrs ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Chromstahlwolle ist.

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4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze eine Länge von 3 cm und eine Breite von 2 mm aufweisen, und dass die entlang einer Mantellinie des Rohrs angeordneten Schlitze gegenüber denjenigen auf benachbarten Mantellinien versetzt angeordnet sind.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze durch Ränder (6) begrenzt sind, die abgerundet sind und aus der äusseren Rohrmantelfläche heraus und in das Fasermaterial hineinragen.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr aus zwei Schalenhälften besteht,

. die miteinander mechanisch verbunden sind.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalenhälften Planschen aufweisen, an welchen sie miteinander verschraubt sind.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Rohr und das Mantelrohr an den Enden des letzteren über je ein Element miteinander verbunden sind, das eine Längenausdehnung des Rohrs relativ zum Mantelrohr zulässt.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elemente Rundbriden mit Spannschrauben sind.

10. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenwand des Rohrs ein schraubenlinienförmiges, das Material verankerndes und sich zwischen den Schlitzen hindurchwindendes Band angeordnet ist.

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11. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) innerhalb des Mantelrohrs in zwei parallel zueinander verlaufende Stränge aufgeteilt ist.

23. Februar 1979

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