DE3729219C2 - Abgasschalldämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für Verbrennungskraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beispielsweise aus der DE 32 24 224 A1 sind insbesondere als Absorptionsschalldämpfer ausgeführte Abgasschalldämpfer bekannt, die aus einem oder mehreren schallabsorbierenden Teilen aus keramischen Material bestehen. Das keramische Material dieser Schalldämpferteile soll dabei porös und die schallabsorbierenden Teile selbsttragend sein, dabei ist kein spezielles Material angegeben worden, sondern die für solche Schaldämpfer geeigneten Materialien werden durch eine relativ große Bandbreite charakterisierender Werkstoffgrößen, wie zum Beispiel der Dichte, der Druckfestigkeit und des spezifischen Widerstands gegenüber einer Luftströmung definiert.

Aus der DE 34 00 091 A1 ist ein Schaldämpfer bekannt, bei dem eine Absorptionseinheit aus einem porösen keramischen Stoff, insbesondere aus Mullit, oder aus einem porösen natürlichen Stoff, wie beispielsweise Kieselgur, ausgeführt ist. Ferner dichtet ein Metallgehäuse den porösen Körper nach außen ab, was in der Herstellung aufwendig sowie Zeit- und kostenintensiv ist.

Die DE 33 39 032 A1 beschreibt einen Schalldämpfer für die Geräusche beim Ausfluß eines instabilen Gasstromes, insbesondere für Abgassysteme von Verbrennungsmotoren. Gliederförmige Strömungskanäle für das Abgas werden von mehreren Formstücken aus Keramik ausgebildet. Auch bei dieser Anordnung ist zur Abdichtung des Absorptionsmaterials nach Außen ein Mantel vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasschalldämpfer der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welcher hinsichtlich seines schallabsorbierenden Materials verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasschalldämpfer der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es bei einem Abgasschalldämpfer der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Porosität des Materials ausgehend von mit Abgas beaufschlagten Innenflächen zu der Umgebung zugewandten Außenflächen hin abnimmt, wobei bei einer Porengröße von 0,5 mm bis 5 mm die Gesamtporosität einen Wert zwischen 50% und 95% aufweist, daß das Material an den Außenflächen gasdicht ist und daß das Material aus einem hydraulischen oder chemisch gebundenen Werkstoff besteht.

Dies hat den Vorteil, daß das schallabsorbierende Material die an solche Schalldämpfer gestellten Anforderungen, insbesondere hinsichtlich der Schalldämpfungswirkung, aber auch hinsichtlich der Abgaskondensatbeständigkeit voll erfüllt und gleichzeitig einfach und preisgünstig herstellbar ist.

Zweckmäßigerweise hat die Gesamtporosität einen Wert zwischen 70% und 90%.

In einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Material aus Zement, Beton, insbesondere Gasbeton, oder Kalksandstein.

In der Zeichnung sind drei verschiedene konstruktive Ausführungsbeispiele für Abgasschalldämpfer dargestellt, die aus dem erfindungsgemäßen Material gefertigt sind. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Abgas­ schalldämpfers,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Abgasschalldämpfer nach Fig. 1 gemäß den Schnittlinien II-II,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellten Abgasschall­ dämpfers und

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasschall­ dämpfers und

Fig. 5 und 6 jeweils schematisch den Aufbau der Porenstruktur zu dem erfin­ dungsgemäßen Schalldämpfermaterial.

Die in der Zeichnung gezeigten Ausführungen zeigen dabei im wesentlichen schema­ tische Darstellungen von als Reflexions- oder Resonanzschalldämpfer ausgebildeten Abgasschalldämpfern von Verbrennungskraftmaschinen, die die Erfindung jedoch nicht beschränken sollen. Vielmehr ist es möglich, das erfindungsgemäße Material auch bei anderen Formen von Schalldämpfern zu verwenden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt und insgesamt mit 1 bezeichnet. Dieser Schall­ dämpfer 1 weist einen beispielsweise aus einem metallischen Blechmaterial be­ stehenden Mantel 2 auf, der unter Zwischenschaltung einer beispielsweise aus einem keramischen Fasermaterial wie Steinwolle, Glasfaser oder Mullitfaser be­ stehenden Matte 22 einen Hohlräume aufweisendenmonolithischen Körper 3 umfaßt.

Die Zwischenlage zwischen dem Mantel 2 und dem monolithischen Körper 3 kann auch aus einer eingepreßten Masse aus einem Blähglimmer-Ton-Gemisch oder dgl. gebildet sein. Der Körper 3 besteht aus einem mineralischen Baustoff, wie zum Beispiel Ton oder einem hydraulisch oder chemisch keramisch gebundenen Werkstoff wie zum Beispiel Zement, Beton oder Gasbeton. Mit 4 und 5 sind ein Gaseinlaß- bzw. ein Gasauslaßstutzen angegeben, die jeweils in einen in dem Körper durch Zwischenwände ausgebildeten Einlaßraum 6 bzw. Auslaßraum 7 einmünden. Der Einlaßraum 6 ist mit dem Auslaßraum 7 über ebenfalls in dem Körper 3 durch Zwischenwände gebildete Verbindungskammern 9 bis 12 verbunden. Neben diesen Verbindungskammern sind in dem Körper 3 noch Absorptionskammern 8 und 13 vorgesehen, die jeweils mit dem Einlaßraum 6 bzw. dem Auslaßraum 7 über Ver­ bindungsöffnungen 14 bzw. 21 verbunden sind. Die Verbindung des Einlaßraumes 6 mit dem Auslaßraum 7 kann dabei auf verschiedenen Wegen erfolgen. So ergibt sich eine relativ direkte Verbindung dadurch, daß der Einlaßraum 6 mit der ersten Verbindungskammer 9 über Verbindungsöffnungen 15, die erste Verbindungskammer 9 mit der zweiten Verbindungskammer 10 über Verbindungsöffnungen 16 und die zweite Verbindungskammer 10 direkt mit dem Auslaßraum 7 über eine Verbindungs­ öffnung 17 verbunden ist. Daneben besteht aber auch eine Verbindung zwischen der zweiten Verbindungskammer 10 und dem Auslaßraum 7 über die dritte und vierte Verbindungskammer 11 und 12, die untereinander über Verbindungsöffnungen 18 und 19 verbunden sind, wobei letztere Verbindungskammer 12 mit dem Auslaßraum 7 über eine Verbindungsöffnung 20 verbunden ist.

Ein derartiger Schalldämpfer kann dabei in Form zweier Halbschalen, von denen eine in der Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist, gefertigt werden, die dann miteinander durch eine Verklebung mit Zement, Schlicker, keramischem Kleber oder dgl. verbunden werden können.

Bei der Ausführung nach der Fig. 3 besteht der Schalldämpfer 1' aus mehreren monolithischen Teilkörpern 25 bis 28, die jeweils axial hintereinander gesetzt sind. Diese Teilkörper sind jeweils als topfförmige Gebildete ausgebildet, von denen bei der Ausführung nach der Fig. 3 der erste und letzte Teilkörper 25, 28 sowie die beiden mittleren 26 und 27 identische Form haben und durch axiale Hintereinanderfügung zu dem Gesamtkörper zusammengefügt werden. Die beiden mittleren Teilkörper 26 und 27 weisen dabei an ihrer Bodenwand 36 bzw. 37 je einen Rohrstutzen 32 bzw. 33 auf, der sich jeweils nach beiden Seiten hin erstreckt und so Verbindungskanäle 34 und 35 zwischen den in dem Gesamtkörper gebildeten Einlaßraum 29 und dem Verbindungsraum 31 sowie dem Verbindungsraum 31 und dem Auslaßraum 30 herstellen. Mit 4' und 5' sind ein Gaseinlaßstutzen und ein Gasauslaßstutzen bezeichnet, die in den Einlaßraum 29 bzw. den Auslaßraum 30 einmünden und die Zu- und Abfuhr des Abgases zu dem Schalldämpfer 1' besorgen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die einzelnen Teilkörper 25 und 28 bzw. 26 und 27 jeweils symmetrisch zu einer mittleren Querebene angeordnet, wobei die mittleren Teilkörper 26 und 27 mit gegeneinander sowie zur Mittel­ achse versetzten Rohrstutzen 32 und 33 aneinandergefügt sind, so daß das durch den Schalldämpfer strömende Abgas nicht geradlinig, sondern auf einem mehrfach die Richtung ändernder Weg hindurchtritt.

Beider Ausführung nach der Fig. 4 sind alle vier monolithischen Teilkörper 41 bis 44 untereinander gleich als topfförmige Hohlkörper ausgebildet, wobei sie jeweils einen von einer Bodenplatte 51 bis 54 nach innen vorstehenden Rohrstutzen 47 bis 50 aufweisen. Der mit 1" bezeichnete Gesamtkörper ist dann in der Weise zusammengefügt, daß jeweils zwei Teilkörper 41 und 42 bzw. 43 und 44 mit ihren offenen Stirnseiten und mit jeweils versetzt zueinander angeordneten Rohrstutzen verbunden und diese beiden Baueinheiten dann so axial nebeneinandergesetzt werden, daß ihre Rohrstutzen an den miteinander in Berührung kommenden Stirnflächen miteinander fluchten. Der so gebildete Schalldämpfer weist dann nur noch einen Einlaßraum 45 und einen Auslaßraum 46 auf, die untereinander über einen von den beiden Rohrstutzen 48 und 49 gebildeten Verbindungskanal 57 verbunden sind. Die Rohrstutzen 47 und 50 an den endseitigen Teilkörpern 41 und 44 bilden dann den Gaseinlaßstutzen 55 und den Gasauslaßstutzen 56. Auch hier ist gewährleistet, daß das den Schalldämpfer durchströmende Gas nicht direkt und geradlinig von dem Einlaßstutzen 55 zu dem Auslaßstutzen 56 gelangt, sondern daß das Gas auf seinem Weg vom Einlaß zum Auslaß mehrfach zick-zack-förmig seine Richtung ändern muß.

Während die tieferen Abgasschallfrequenzen durch den gezeigten geometrischen Aufbau der Schalldämpfer gedämpft werden, sollen die höheren Frequenzanteile gezielt in dem porösen Werkstoff der den Abgasschalldämpfer bildenden mono­ lithischen Körper absorbiert werden.

Als Material für die gezeigten Schalldämpfer wird dabei ein mineralischer Baustoff verwendet, der bei einer Porengröße von 0,5 bis 5 mm eine Gesamtporosität zwischen 50 und 95%, vorzugsweise zwischen 70 und 90%, aufweisen soll. So kann der mineralische Baustoff aus Ton oder auch aus einem hydraulisch oder chemisch keramisch gebundenen Werkstoff, wie zum Beispiel Zement, Beton, Gasbeton oder Kalksandstein bestehen. Als Ton kann dabei entweder Ziegelton oder auch feuerfester Ton oder Schamotte verwendet werden, wobei Ziegelton und feuerfeste Tone sich im wesentlichen durch ihren Gehalt an Aluminiumoxid (AL₂O₃) und Siliziumoxid (SiO₂) sowie durch die bei ihrer Verarbeitung verwendeten Brenn­ temperaturen unterscheiden. Während bei Ziegeltonen eine Brenntemperatur von 900 bis 1100°C angewendet wird, werden feuerfeste Tone bei Brenntemperaturen von 1100 bis 1400°C verarbeitet.

Die gewünschte Porosität des Materials kann dadurch erreicht werden, daß in das Rohmaterial Porenbildner untergemischt werden, die beim oder nach dem Fertigstellen des Körpers ausgebrannt oder durch organische Lösemittel entfernt werden. Die dabei erreichten Poren stehen untereinander in Verbindung, so daß eine günstige Schalldämpfungswirkung erreicht wird. Im Bereich der Außenwände des Schalldämpferkörpers soll dagegen das Material gasdicht, das heißt im wesentlichen porenfrei, sein, was durch entsprechende Maßnahmen beim Untermischen der Porenbildner oder auch durch anschließendes Abdichten des fertigen Körpers mit einem Schlicker oder dgl. erreicht werden kann.

Die erwünschte Porosität kann auch dadurch erzielt werden, daß beispielsweise unter das aus Ton bestehende Grundmaterial vorgebrannte, poröse Tonkörper, wie zum Beispiel Hohlkugeln oder dgl., untergemischt werden, die dann beim Fertigbrennen des Körpers die angestrebte Porosität bilden. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des porösen Materials besteht darin, eine zellförmige Struktur des Grundmaterials dadurch zu schaffen, daß ein beispielsweise aus Esterschaum mit einer sehr hohen offenen Porosität bestehender Schaumkörper mit einem wässrigen Schlicker aus dem mineralischen Baustoff, wie zum Beispiel Ton oder Zement oder dgl., bestehenden Material getränkt und anschließend gebrannt wird, wobei bei dem Brennvorgang der die Poren bildende Schaumkörper mitverbrannt oder auf sonstige Weise ausgelöst wird.

Auch kann dafür gesorgt werden, daß die Porosität des Materials, wie dies in den Fig. 5 und 6 schematisch angedeutet ist, von innen nach außen abnimmt, das heißt an der Innenoberfläche 61 an die das Abgas direkt herantritt, soll eine relativ große Porosität dagegen in den Außenbereichen eine immer kleiner werdende Porosität herrschen, so daß an der Außenwand 60 schließlich die Porosität Null vorliegt.

Während bei der Darstellung nach der Fig. 5 die zur Außenoberfläche 60 der monolithischen Schalldämpferkörper abnehmende Porosität bereits bei der Her­ stellung des Rohkörpers durch ein entsprechendes Formgebungsverfahren einge­ stellt wird, wird bei der Darstellung nach der Fig. 6 die Gasdichtheit an der Außenoberfläche 60 durch Auftragen eines Schlickers 62 oder einer Glasur am Grünkörper oder am gebrannten Formkörper erreicht. Bei Verwendung eines chemisch­ keramisch abbindenden Schlickers wird dabei kein zweiter Brand des Körpers benötigt.

Die erfindungsgemäßen Schalldämpfer zeichnen sich durch Herstellung aus einem sehr preisgünstigen Grundmaterial mit einem sehr niedrigen Gewicht bei guter Korrosionsbeständigkeit und einer aufgrund der Porosität erreichten hohen Schall­ dämpfungswirkung aus. In Baumustern wurde gegenüber Schalldämpfern aus konven­ tionellen Werkstoffen eine bis zu 10 dBA bessere Schalldämpfung erreicht. Dabei wird durch den erfindungsgemäßen porösen Werkstoff gezielt eine Absorption nur der höheren Frequenzen erreicht, die durch geometrische Maßnahmen nur schwer zu realisieren sind.

Claims (6)

1. Abgasschalldämpfer für Verbrennungskraftmaschinen mit wenigstens einem schallabsorbierenden, monolithischen Teil aus einem porösen Material, das aus einem mineralischen Baustoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Porosität des Materials ausgehend von mit Abgas beaufschlagten Innenflächen zu der Umgebung zugewandten Außenflächen hin abnimmt, wobei bei einer Porengröße von 0,5 mm bis 5 mm die Gesamtporosität einen Wert zwischen 50% und 95% aufweist, daß das Material an den Außenflächen gasdicht ist und daß das Material aus einem hydraulischen oder chemisch gebundenen Werkstoff besteht.

2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtporosität einen Wert zwischen 70% und 90% aufweist.

3. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Zement besteht.

4. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Beton besteht.

5. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Gasbeton besteht.

6. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Kalksandstein besteht.