DE3224224C2

DE3224224C2 -

Info

Publication number: DE3224224C2
Application number: DE3224224A
Authority: DE
Inventors: Bengt Roland Johansson; Hans Lennart Dipl.-Ing. Sollentuna Se Slycke; Goete Valdemar Dipl.-Ing. Kungsaengen Se Norrbrand
Original assignee: ANTIPHON SUNDBYBERG SE AB
Current assignee: ANTIPHON SUNDBYBERG SE AB
Priority date: 1981-07-02
Filing date: 1982-06-29
Publication date: 1991-02-14
Also published as: US4458779A; GB2104148A; CA1184127A; JPS5828503A; DE3224224A1; FR2508972A1; ES513651A0; ES8305087A1; FR2508972B1; IT8222077A0; IT8222077A1; GB2104148B; IT1151815B; BR8203838A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer mit einem oder mehreren schallabsorbierenden Teilen aus keramischem Material.

Aus der deutschen Zeitschrift "Umschau", 1957, Heft 10, Seite 307, ist ein Schalldämpfer bekannt, der an ein Düsentriebwerk für Flugzeuge ansetzbar ist und Schallabsorber aus keramischem Material enthält.

Aus DE-PS 8 91 243 ist es bekannt, Dämpfungskammern mit porösem Schallschluckmaterial zu füllen.

In seiner einfachsten Form umfaßt ein Schalldämpfer ledig lich einen sogenannten Reaktionsteil, der aus Kammern un terschiedlicher Größe besteht, die mittels Leitungen ver schiedener Längen miteinander verbunden sind. Die Leitungen oder Rohre und Trennwände zwischen den Kammern können ebenfalls perforiert sein. In diesem Fall besteht der ge samte Schalldämpfer normalerweise aus Blech.

Um eine geringere Geräuschentwicklung zu ermöglichen, werden Schalldämpfer immer mehr mit sogenannten Absorptions teilen versehen. In den Absorptionsteilen werden, um die gewünschte Schallabsorption zu erhalten, die verschiedensten Fasermaterialien verwendet.

Das Fasermaterial ist jedoch hohen chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen infolge der strömenden Gase und der hohen Temperatur ausgesetzt.

Die in Schalldämpfern verwendeten Gasfasermaterialien und Mineralfasermaterialien sind aufgrund ihres schnellen Ver schleißes, dem sie ausgesetzt sind, und dem chemischen Zer fall des Materials nicht geeignet. Im Fall von Material auf Faserbasis ist die freie oder spezifische Oberfläche in bezug auf das Volumen äußerst groß. Aufgrund dieser großen spezifischen Oberfläche wird das Material infolge der che mischen Wirkung schnell spröde, bei der u. a. ein Ionenaus tausch stattfindet, wenn beispielsweise Glas in einer sauren Umgebung, insbesondere bei hoher Temperatur, angeordnet wird. Leicht bewegbare Wasserstoffionen können die Al kali- und Alkalierdionen in der amorphen, nichtkristallinen Struktur des Glases ersetzen. Dieser Ionenaustausch ist insbesondere im Fall von kleinen Abmessungen, wie bei spielsweise bei Mineralfasern und Glasfasern, schädlich. Aufgrund dieser Verminderung der Festigkeit werden die Fasern gelöst und werden von den Abgasen mit abgeführt. Dies führt weiter zu einer verminderten Schallabsorption im Schalldämpfer, was zu einem höheren Geräuschpegel führt. Weiter besteht die Gefahr, daß die mit den Abgasen abge führten Fasern von Menschen und Tieren eingeatmet werden. Die schlechten chemischen und mechanischen Eigenschaften der Fasermaterialien führten dazu, daß die Schalldämpfer hersteller die Fasermaterialien mechanisch geschützt haben. Dies wird oft mit Hilfe eines perforierten Blechrohres er reicht. Die mechanischen Schutzeinrichtungen sind jedoch nicht geeignet, die Fasermaterialien so zu schützen, daß sie nicht in einer kurzen Zeitdauer zerbrechen und aus dem Auspuffsystem ausgetragen werden, wenn es ganz normal ver wendet wird. Praktische Versuche haben gezeigt, daß das Fa sermaterial bei Schalldämpfern für in Massenproduktion her gestellten Personenkraftwagen praktisch vollständig nach 10 000 Fahrkilometern verschwunden ist. Das heißt, daß der Schalldämpfer während der größeren Zeit seiner Lebensdauer ohne das schallabsorbierende Material arbeitet. Der Schall dämpfer erzeugt somit einen größeren Geräuschpegel, als bei der Konstruktion beabsichtigt war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die schallabsorbierenden Eigenschaften über einen längeren Zeitraum anhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer weist auch den Vorteil auf, daß er nicht filzig wird und daher auch bei ungünstigen Temperaturbedingungen Wasser weniger absorbiert, so daß es zu geringerer Korrosion kommt und seine Lebensdauer insgesamt verlängert wird. Der spezifische Widerstand im Schalldämpfer gemäß der Erfindung ist so groß, daß die strömenden Gase die Teile das Schalldämpfers nicht in größerem Maße durchdringen.

Vorzugsweise weist das keramische Material ein regelmäßiges Porensystem mit untereinander in Verbindung stehenden Zellen auf. Die Poren oder Zellen haben vorzugsweise eine durchschnittliche Größe von 0,05-20 mm, insbesondere von 0,5-5 mm, und stehen über Öffnungen in den Zellwänden miteinander in Verbindung. Diese Öffnungen sind häufig kreisförmig.

Das gesamte Zellvolumen (die Porosität) des Materials be trägt 50-95%, vorzugsweise auf 70-90%. Das Zellvolumen und die Zellgröße können auf die verschiedensten Weisen ein gestellt werden. Beispielsweise kann ein Fermentationsver fahren durch Hinzufügen eines Fermentationsmittels ver wendet werden. Andere geeignete Verfahren sind die, bei denen Gas in das Material eingeblasen wird, oder bei denen das Material in Verbindung mit einem Schäummittel gerührt wird. Ebenfalls kann mechanisches Rühren in allen Fällen angewendet werden.

Nach dem Formen und Trocknen des Materials erhält man ein selbsttragendes, hochporöses keramisches Material.

Das getrocknete Material wird häufig einer Hochtemperatur behandlung bei einer Temperatur von mindestens 500°C un terworfen.

Die schallabsorbierenden Teile können ebenfalls durch Sin tern eines keramischen, porösen oder nichtporösen, festen Materials bei einer Temperatur von beispielsweise 900-1300°C erhalten werden.

Die Dichte des keramischen Materials beträgt 100-2500 kg/m³, vorzugsweise 200-1650 kg/m³.

Die schallabsorbierenden Teile haben eine Biegefestigkeit über 10 kN/m³, vorzugsweise über 100 kN/m³m, und einen li nearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von maximal 20 · 10^-6 K^-1.

Der Schalldämpfer gemäß der Erfindung soll allgemein in Verbindung mit strömenden Gasen verwendet werden.

Die schallabsorbierenden Teile können auf unterschiedliche Weise geformt werden. So können sie mit einer oder mehreren durchgehenden Öffnungen für den Durchgang der strömenden Gase versehen sein. Beispielsweise können die Öffnungen einen Durchmesser von 5-300 mm, gewöhnlich von 10-200 mm, aufweisen. Die Öffnungen können jedoch ebenfalls beträchtlich größer sein.

Die schallabsorbierenden Teile können eine solche Form und so im Inneren des Schalldämpfers eingebaut sein, daß die strömenden Gase längs der Außenseite der Teile ent langströmen.

Gewöhnlich werden die schallabsorbierenden Teile als Ein sätze in einen Schalldämpfer aus Blech ausgebildet.

Der Schalldämpfer ist besonders für Verbrennungskraftma schinen geeignet. Praktische Versuche haben nämlich ge zeigt, daß das obige keramische Material thermischen, me chanischen und chemischen Beanspruchungen widersteht, wenn es in einem Schalldämpfer für Verbrennungskraftma schinen verwendet wird. Beispielsweise war keramisches, poröses Material in einem Schalldämpfer eines privaten Personenkraftwagens nach 10 000 Fahrkilometern praktisch nicht angegriffen.

Das regelmäßige Porensystem des Materials dient ebenfalls als Entleerung für irgendein vorhandenes Abgaskondensat. Dies vermindert ebenfalls die Korrosionsgefahr des Schalldämpfers.

Die thermische, mechanische und chemische Widerstandsfä higkeit des Materials macht das Vorsehen von irgendwelchen Schutz- oder Stützeinrichtungen in dem Schalldämpfer, beispielsweise in Form von perforierten Rohren o. ä., zwischen der Abgasströmung und dem Material überflüssig.

Im Gegensatz zum Fasermaterial ist es möglich, hochporöses, keramisches Material als selbsttragendes Konstruk tionsmaterial zur gesteigerten Schallabsorption in ver schiedenen Schalldämpfern zu verwenden. Hierdurch be steht ein größerer Freiheitsgrad und eine größere Verän derungsmöglichkeit bei der Konstruktion der Schalldämpfer als bei der Verwendung von Fasermaterial. Die Eigenschaften des hochporösen, keramischen Materials sind im allgemeinen so gut, daß der Schalldämpfer sehr nahe an der Verbrennungskraftmaschine (der Schallquelle) angeordnet werden kann. Wie oben erwähnt, hat das keramische Mate rial bei der Verwendung in Schalldämpfern eine sehr hohe Festigkeit.

Sollte jedoch irgendein Teil des schallabsorbierenden Ma terials von den Abgasen mitgeführt werden, werden die Um gebung, einschließlich Mensch und Tier, nicht beeinflußt. Dies beruht auf der Tatsache, daß das Material nicht fa serförmig ist. Weiter kann die Zusammensetzung des Mate rials mit natürlichen Mineralien verglichen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Kurven zur Darstellung, wie der Schallabsorptions koeffizient α sich mit der Frequenz der Luft schwingung (des Luftschalls) bei zwei unter schiedlich verwendeten keramischen Materialien ändert;

Fig. 2 eine Vergleichskurve zur Darstellung, wie sich der Schallabsorptionskoeffizient α mit der Luft schallfrequenz in einer Platte aus Mineralwolle ändert;

Fig. 3, 4, 5, 6 verschiedene Ausführungsformen eines Schalldämpfers;

Fig. 7 Kurven zur Darstellung der Ergebnisse von Extrak tionsversuchen des keramischen Materials im Ver gleich zu Versuchen, bei denen Mineralwolle ver wendet wurde;

Fig. 8 Kurven zur Darstellung der Gewichtsverminderung eines keramischen Schalldämpfereinsatzes und eines bekannten Mineralwolleeinsatzes in Bezie hung zur Anzahl der gefahrenen Kilometer eines Personenkraftwagens, der diesen Schalldämpfer auf wies;

Fig. 9 und 10 weitere Ausführungsformen eines Schalldämpfers.

Beispiel 1

Eine Platte aus geschäumtem, keramischen Material mit einer Dicke von 30 mm und einem spezifischen Widerstand gegenüber einer Luftströmung von 3 · 10⁴ Pa/m² und einer Dichte von 520 kg/m³ wurde an einer schallreflektierenden Fläche befestigt und die Luftschallabsorption gemessen. Das Ergebnis ist mittels der voll ausgezogenen Linie in Fig. 1 dargestellt.

Beispiel 2

Eine Platte aus geschäumtem keramischen Material mit einer Dicke von 30 mm und einem spezifischen Widerstand gegen über einer Luftströmung von 1,9 · 10⁵ Pa/m² und einer Dichte von 340 kg/m³ wurde an einer schallreflektierenden Fläche befestigt und die Luftschallabsorption gemessen. Das Ergebnis ist mittels gestrichelter Linien in Fig. 1 dargestellt.

Beispiel 3

Eine Platte aus Mineralwolle mit einer Dicke von 30 mm und einem spezifischen Widerstand gegenüber einer Luft strömung von 6,7 · 10⁴ Pa/m² und einer Dichte von 140 kg/m³ wurde an einer schallreflektierenden Fläche be festigt und die Luftschallabsorption gemessen. Das Er gebnis ist in Fig. 2 dargestellt.

Beispiel 4

Das poröse keramische Material wurde entsprechend der Form gewöhnlichen Fasermaterials, wie sie bei Schall dämpfern verwendet wird, ausgebildet. Fig. 3 und 9 zeigen derartige Konstruktionen. Im Gegensatz zu den Fa sermaterialien erfordert das keramische Material jedoch keinen Schutz mittels Abdeckblechen und perforierten Me tallrohren.

Beispiel 5

Aufgrund seiner mechanischen Festigkeit ermöglicht das ke ramische Material, daß die Schalldämpfer vollständig un terschiedlich zu Schalldämpfern konstruiert werden können, die gewöhnliches Fasermaterial verwenden. Fig. 4, 5, 6 und 10 zeigen eine Anzahl derartiger Ausführungsbei spiele.

Beispiel 6

Ein zellförmiges keramisches Material wurde einem Extrak tionstest in einem künstlichen Abgaskondensat unterworfen. Die verwendete Extraktionslösung hatte folgende Zu sammensetzungen:

Der pH-Wert wurde mit HCL während des Versuches jeden Tag auf 2,3 eingestellt. Alle drei Probenkörper mit einem Vo lumen von etwa 20 cm³ wurden in zwei Litern Lösung ange ordnet und in einer Wärmekammer bei +90°C gelagert. Vor dem Einsetzen in die Lösung wurden die Proben gewogen, gewaschen und getrocknet und dann wieder nach 1, 3, 10 und 30 Tagen gewogen. Der durchschnittliche Wert der Ge wichtsänderung der Proben ist in Fig. 7 als relative Ge wichtsabnahme zur Extraktionszeit in logarithmischem Maß stab aufgetragen.

Beispiel 7

Der Versuch entsprechend Versuch 6 wurde mit Mineralwolle wiederholt. Das Ergebnis ist in Fig. 7 dargestellt.

Beispiel 8

Es wurde eine schallabsorbierender Einsatz aus zellförmigem keramischen Material hergestellt und in einem Schall dämpfer für einen Personenkraftwagen eingebaut, der mit einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Der Ein satz wurde vor dem Einbau in den Schalldämpfer und nach 1000, 4000 und 8000 Fahrkilometern gewogen. Das Ergebnis ist in Fig. 8 als relative Gewichtsänderung in Beziehung zu dem zurückgelegten Weg aufgetragen.

Beispiel 9

Es wurde ein schallabsorbierender Einsatz aus Mineralwolle in einem Schalldämpfer für einen Personenkraftwagen eingebaut, der mittels einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Die Mineralwolle wurde gegen die Abgas strömung mittels einem perforierten Blechrohr geschützt. Der Einsatz wurde vor dem Einbau in den Schalldämpfer und erneut nach 1000, 4000 und 8000 Fahrkilometern gewogen. Das Ergebnis ist in Fig. 8 als relative Gewichtsänderung in bezug auf die zurückgelegte Strecke dargestellt.

Claims

1. Schalldämpfer mit einem oder mehreren schallabsor bierenden Teilen aus keramischem Material, dadurch ge kennzeichnet, daß das keramische Material po rös ist, und daß die schallabsorbierenden Teile selbsttragend sind und einen spezifischen Widerstand gegenüber einer Luftströmung von 10³-10⁷ Pa/m², vorzugsweise von 10⁴-10⁶ Pa/m², und eine Druckfestigkeit von mindestens 40 kN/m², vorzugsweise von mindestens 400 kN/m², aufweisen.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material miteinander in Verbindung stehende Poren aufweist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren in dem keramischen Mate rial eine durchschnittliche Größe von 0,05-20 mm, vor zugsweise von 0,5-5 mm, aufweist.

4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden Teile einer Hochtemperaturbehandlung bei einer Temperatur von mindestens 500°C unterworfen wurden.

5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Porosität des keramischen Materials 50-95%, vorzugsweise 70-90%, beträgt.

6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material eine Dichte von 100-2500 kg/m³, vorzugsweise 200-1650 kg/m³, aufweist.

7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse keramische Material zellförmige Struktur hat.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische zellförmige Material mittels eines Fermentationsverfahrens aufgeschäumt ist.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische zellförmige Material mittels Rühren aufgeschäumt ist.

10. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische zellförmige Material mittels Einblasen eines Gases in das Material aufgeschäumt ist.

11. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden, porösen Teile durch Sintern eines keramischen, porösen oder nichtporösen, festen Materials erhalten werden.

12. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden Teile einen Biegewiderstand über 10 kN/m², vorzugsweise über 100 kN/m², aufweisen.

13. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden Teile einen linearen thermischen Ausdehnungs koeffizienten von maximal 20 · 10^-6 K^-1 aufweisen.

14. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schall dämpfer für strömende Gase verwendet wird.

15. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schall dämpfer für Verbrennungskraftmaschinen verwendet wird.

16. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden Teile aus porösem keramischen Material einen so hohen spezifischen Widerstand gegenüber Luftströmung aufweisen, daß die strömenden Gase die Teile nicht zu ir gendeinem materiellen Maß durchdringen.

17. Schalldämpfer nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die schallabsorbierenden Teile mit einer oder mehreren durch gehenden Öffnungen für den Durchgang der strömenden Gase versehen sind.

18. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden Teile eine solche Form aufweisen und so im Inneren des Schalldämpfers angeordnet sind, daß die strömenden Gase längs der Außenseite der Teile strömen.

19. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die schallab sorbierenden Teile in einen Schalldämpfer aus Blech ein setzbar sind.