DE3843826A1

DE3843826A1 - Schalldaempfer

Info

Publication number: DE3843826A1
Application number: DE19883843826
Authority: DE
Inventors: Peter Schuele
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-24
Filing date: 1988-12-24
Publication date: 1990-06-28
Also published as: DE3843826C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer zur Dämpfung von Schall wellen, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Schalldämpfung wird bei Absorptionsschalldämpfern allgemein durch Reflexion der Schallwellen an Übergangsflächen zwischen Medien mit unterschiedlichen Schallabsorptionskoeffizienten erreicht. Dabei wird die Schallenergie in Wärme umgewandelt. Ein zweckmäßiger Schalldämpfer soll die Schallfortleitung stark, die Strömung und damit die Motorleistung jedoch wenig behindern. Da die längenbezogene Dämpfung mit der Frequenz wächst, weisen derartige Schalldämpfer meist eine, gegenüber den Querabmessungen große Länge auf. Die Leistungsgrenze eines Schalldämpfers bezüglich seiner Dämpfungseigen schaften ergeben sich nach oben hin dadurch, daß die Wirksamkeit bei hohen Frequenzen sinkt, weil die Schallwellen infolge der kleinen Wellenlänge und Wellenamplitude den Strömungskanal passieren können, ohne von den Wänden beeinflußt zu werden. Nach unten ist die Wirksam keit eines Schalldämpfers dadurch begrenzt, daß die tiefste Frequenz mit nennenswerter Dämpfung durch die Schichtdicke des schallabsorbie renden Materials bestimmt wird. Um einen befriedigenden Schalldämpfungs grad zu erreichen, ist es überdies erforderlich, den Schalldämpfer möglichst exakt auf die Leistungsdaten des zugeordneten Verbrennungs motors abzustimmen.

Bei einem bekannten Schalldämpfer dieser Art (DE-GM 84 19 475.8) ist in einem Gehäuse ein von porösem Stoff umgebenes Rohr mit im Quer schnitt unterschiedlich langen Achsen angeordnet. Das ovale oder elliptische Rohr weist gegenüber üblichen runden Rohren verbesserte Schallabsorptionseigenschaften auf. Dennoch sind die Schalldämpfungs eigenschaften vor allem bei kurzer Bauweise des Schalldämpfers nicht befriedigend.

Weiterhin ist es bekannt, zu anderen Zwecken, wie zum Beispiel zur Abgasreinigung, mehrere Rohre nebeneinander in einem Mantelrohr anzuordnen. Derartige Anordnungen sind jedoch nicht in der Lage, Schallwellen nachhaltig zu dämpfen. Ein Grund dafür ist darin zu suchen, daß durch das Überströmen der Schallwellen von einem Rohr auf das nächste benachbarte Rohr keine Möglichkeit vorhanden ist, eine nennenswerte Dämpfung der Schallwellen in dem Zwischenraum zwischen den beiden Rohren zu erreichen.

Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß einerseits eine stärkere Schalldämpfung erreicht wird und andererseits die Motorleistung nur geringfügig geschmälert wird.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Bei einer solchen Ausbildung wird durch ein Verformen des Innenrohres die Übergangsfläche zwischen Strömungskanal und den schallabsorbierenden Medien nachhaltig vergrößert. Dadurch ist es möglich, unter Beibehaltung des Strömungsquerschnittes eine gegenüber bekannten Schalldämpferformen vergrößerte Übergangsfläche zu erreichen. Da es sich bei der aus dem Verbrennungsmotor austretenden Strömung bereits um eine turbulente Strömung handelt, sind bezüglich der Leistungsverluste die durch die vergrößerte Übergangsfläche hervorgerufenen, vermehrt auftretenden Randeinflüsse zu vernachlässigen.

Werden die Ecken des Innenrohrs entsprechend dem Patentanspruch 2 ausgerundet, kann die Lebensdauer des Schalldämpfers erheblich erhöht werden. Der hinter dem Verbrennungsmotor angeordnete Schalldämp fer ist nämlich aufgrund von Pulsationsbewegungen, die durch die Bewegungen der Kolben hervorgerufen werden, starken Schwingungen ausgesetzt, die zu einer Materialermüdung führen können. Bei diesen Pulsationsbewegungen können Druckdifferenzen im Bereich von 2 bar auftreten.

Bei einer Ausbildung entsprechend dem Patentanspruch 3 kann weiterhin durch Befestigung von Stegen an den Seiten des Innenrohrs dem Durch strömen der Schallwellen von einem Arm des sternförmigen Vielecks zum nächsten Arm wirksam begegnet werden. Aus fertigungstechnischen Gründen bietet es sich an, die Verformungen des Rohres punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Rohres auszuführen. Selbstverständlich sind jedoch auch asymmetrische Verformungen des Rohres denkbar.

Das Dämpfungsmaß D berechnet sich allgemein nach der folgenden empirischen Formel.

D = 1,1 L ^U/_A

a = akustischer Widerstand
L = Länge des Dämpfers
U = Umfangslänge
A = Strömungsquerschnitt

Je größer das Dämpfungsmaß D, desto besser ist die Dämpfung. Bei vorgegebenem akustischen Widerstand a und vorgegebener Länge L kann das Dämpfungsmaß D lediglich durch die weiteren geometrischen Einflußgrößen Umfangslänge U und Strömungsquerschnitt A vergrößert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Schalldämpfer,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2 in einer wei teren Ausbildung der Erfindung.

Bei einem Schalldämpfer zur Dämpfung der von Verbrennungsmotoren erzeugten Schallwellen befindet sich in einem Mantelrohr 10 ein strömungsdurchlässiges Innenrohr 11. Der Strömungsquerschnitt des Innenrohrs beeinflußt unmittelbar die Motorleistung. In dem Raum 14 zwischen Mantelrohr 10 und Innenrohr 11 sind die Schallenergie verringernde Medien mit größerem Schallabsorptionskoeffizienten untergebracht. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Mineralwolle oder bei besonderen wärmetechnischen Verhältnissen um Edelstahlwolle. Die Schalldämpfung findet vor allem an der Übergangsfläche zwischen dem Innenrohr 11 und den die Schallenergie verringernden Medien statt. Die eine Erstreckung dieser Übergangsfläche entspricht dabei dem Umfang des Innenrohres 11, während die andere Erstreckung dieser Fläche durch die Länge des Schalldämpfers vorbestimmt ist.

Zur Erzeugung einer größeren Übergangsfläche stellt das Innenrohr 11 im Querschnitt ein Vieleck mit in den Innenraum des Vielecks hineinverformten Seitenlinien 11 b dar. Mantelrohr 10 und Innenrohr 11 sind konzentrisch angeordnet. Um die Lebensdauer des Schalldämpfers zu erhöhen, sind zumindest die Außenecken 11 d dieses Vielecks ausgerun det. Zu diesem Zweck kann es auch angebracht sein, die nach innen verformten Seitenlinien 11 b auszurunden.

Um ein Durchstrahlen zwischen einzelnen Armen des sternförmigen Innenrohres 11 zu vermeiden, können an den Seitenlinien 11 b Stege 15 befestigt werden. Um einen Übergang der Schallwellen aus dem Strömungsquerschnitt in das schallabsorbierenden Medium zu gewährleisten, kann das Innenrohr 11 wenigstens auf einem Teil seiner Länge perforiert sein. Vorzugsweise stellt das vieleckige Innenrohr 11 ein Dreieck dar. Die sternförmigen Arme des vieleckigen Innenrohres 11 besitzen parallele, in geringem Abstand befindliche Wandungen 11 c, die durch Kreissegmente 11 d miteinander verbunden sind. Dabei kann durch die Verformung des Innenrohrs die Umfangsfläche des Innenrohrs die Mantelfläche des Außenrohrs genaue Abstimmung zu erreichen, empfiehlt es sich, bei kurzer Baulänge vor allem zur Verwendung an Zweiradfahrzeugen, den Schalldämpfer auf die halbe Wellenlänge der erzeugten Schallwellen im Bereich des Maximaldrehmoments des Motors abzustimmen.

Aus fertigungstechnischen Gründen ergibt sich ein punktsymmetrischer Querschnitt des Schalldämpfers. Denkbar sind jedoch auch andere, nicht symmetrische Querschnittsformen. Der Schalldämpfer ist zwischen einem Sammelrohr 17 und einem Endrohr 16 angeordnet. Dabei wird möglichst versucht, einen fließenden Übergang von den Rohren 17, 16 auf den Schalldämpfer zu gewährleisten.

Bei einem solchen Schalldämpfer ist es möglich, bei einem Strömungs querschnitt, der einem Rohr mit einem Durchmesser von 40 mm entspricht, einen Umfang zu erreichen, der einem Rohr mit einem Durchmesser von 80 mm entspricht.

Die Umfangslänge U hat in diesem Fall beispielsweise einen Wert von ungefähr 250 mm, die Strömungsfläche einen Wert von 1250 mm². Der Faktor ^U/_A in der oben angegebenen Formel wird damit zu 0,2. Bei einem üblichen Rohr mit einem Durchmesser von 40 mm ergibt sich der Faktor ^U/_A = ²/_r zu 0,05. Das Dämpfungsmaß wird also bei diesem Beispiel um den Faktor 4 vergrößert.

Claims

1. Schalldämpfer (Absorber-Schalldämpfer) zur Dämpfung der von Verbrennungsmotoren erzeugten Schallwellen, bestehend aus einem Mantelrohr (10) und einem stromdurchlässigen, im Mantelrohr (10) angeordneten Innenrohr (11) mit einem die Motorleistung beeinflussenden Strömungsquerschnitt (13),
mit den Raum (14) zwischen Mantelrohr (10) und Innenrohr (11) ausfüllenden, die Schallenergie verringernden Medien mit größerem Schallabsorptionskoeffizienten,
mit wenigstens einer, die Schalldämpfung positiv beeinflussenden, Übergangsfläche zwischen dem Innenrohr (11) und den die Schallener gie verringernden Medien, wobei die eine Erstreckung dieser Übergangsfläche dem Umfang des Innenrohrs (11) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (11) zur Erzeugung einer größeren Übergangsfläche im Querschnitt ein Vieleck mit in den Innenraum des Vielecks hinein verformten Seitenlinien (11 b) ist.

2. Schalldämpfer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (10) und das Innenrohr (11) konzentrisch angeordnet sind und daß die Ecken (11 a) des sternförmigen, auf einem Teil seiner Länge perforierten Innenrohres (11) ausgerundet sind.

3. Schalldämpfer nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Innenrohrs (11) durch an den Seitenlinien (11 b) befestigte Stege (15) vergrößert ist.

4. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (11) zur Verminderung eines Überströmens der Schallwellen zwischen den Armen des sternförmigen Vielecks dreieckförmig ist.

5. Schalldämpfer nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sternförmigen Arme des Innenrohrs (11) parallele, in geringem Abstand befindliche Wandungen (11 c) aufweisen, die durch Kreissegmente (11 d) miteinander verbunden sind.

6. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Innenrohrs (11) an die Mantelfläche des Außenrohrs (10) angenähert ist oder diese überschreitet.

7. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er bei kurzer Baulänge, zum Beispiel zur Verwendung an Zweiradfahrzeugen, auf die halbe Wellenlänge der erzeugten Schallwellen im Bereich des Maximaldrehmomentes des Motors abgestimmt ist.

8. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (11) symmetrisch zum Mittelpunkt des Mantelrohrs (10) verformt ist.

9. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (11) des Schalldämpfers mit fließenden Übergängen zwischen einem Sammelrohr (17) und einem Endrohr (16) angeordnet ist.