DE60212802T2

DE60212802T2 - Schalldämpfer und abgassystem mit schalldämpfer

Info

Publication number: DE60212802T2
Application number: DE60212802T
Authority: DE
Inventors: Björn Heed
Original assignee: HEED CONSULTING AB
Current assignee: HEED CONSULTING AB
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: DE60212802D1; ATE331876T1; EP1358398B1; JP2004520530A; WO2002064953A8; EP1358398A1; SE0100428D0; SE523018C2; SE0100428L; WO2002064953A1; US20040074694A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer gemäß der Präambel von Anspruch 1 und ein Abgassystem gemäß Anspruch 15.
Stand der Technik
Schalldämpfer werden allgemein verwendet, um die Schallemissionen von Gasströmen mit Druckschwankungen zu reduzieren. Die Schallemissionen werden gemäß bekannter Schalldämpfertechnik reduziert, insofern das Resonanzphänomen in Resonanzkammern die Schwingungsmoden des Gases innerhalb von gegebenen Frequenzintervall durch Einführen von Turbulenzströmungspfaden dämpft, welche die Laminarströmung mit Pulsieren brechen, und sich auswirken insofern die Energie, die im Gasstrom enthalten ist, sich von den Schwingungsmoden zu einem breiteren Energiespektrum ausbreitet. Der Schall wird auch dadurch reduziert, dass der Schalldämpfer einen Druckabfall des Gasstroms induziert. Dieser Druckabfall verursacht Energieverluste und falls der Schalldämpfer für eine Einheitsproduktionsenergie gebraucht wird, verringert sich der Effizienzgrad der Einheit. Falls der Schalldämpfer bei einer Verbrennungskraftmaschine gebraucht wird, verursacht die Effizienzverminderung eine größere Umwelteinwirkung in der Form von Kohlendioxidabgasen in der gleichen Höhe von der nützlichen Energie, die produziert wurde.
Während der Planung von Schalldämpfern, muss die Fähigkeit des Schalldämpfers akustischen Druck zu reduzieren gegen den Druckabfall aufgewogen werden, den der Schalldämpfer verursacht und die Höhe der Energie die der Schalldämpfer dabei verbraucht.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Schalldämpfer mit einen niedrigen Gegendruck auszustatten und einer guten Fähigkeit Geräusche zu dämpfen, wobei der Schalldämpfer günstig herzustellen ist.
Dieses Ziel wird durch einen Schalldämpfer gemäß dem kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 erreicht. Ein Schallstrom durch einen Kanal kann als eine Serie von Druckerhöhungen mit dazwischenliegenden Druckabfällen, die nacheinander den Kanal durchlaufen, gesehen werden. Durch Formen der Trennwand als ein Band, welches zu einer Z-Form zu einem Paket gefaltet ist, welches eine Gruppe von Einlasskanälen auf einer Seite der Trennwand und eine Gruppe von Auslasskanälen auf der anderen Seite der Trennwand bildet, wird ein entgegengesetzt gerichteter Strom auf gegenüberliegenden Seiten der Trennwand gebildet.
Folglich werden sich Druckanstiege und Druckverringerungen gegenseitig in gleichmäßigen Intervallen in Zeit und Raum passieren. Da die Wand deren Konstruktion durchgehend gefaltet ist, teilweise nicht starr hergestellt ist, werden Unterschiede im Druck ausgeglichen werden, wodurch Schalldämpfung von Geräuschen erreicht wird. So wird zu jeder Zeit, wenn ein Druckimpuls eine Schockwelle passiert, die Amplitude von beiden verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schalldämpfeffekt außerdem durch Dämpfen der Bewegung der Trennwand mit Reibung erhöht werden. Außerdem kann die Trennwand mit Perforationen ausgestattet werden, wodurch das Druckpulsieren durch die Perforationen eine erhöhte Fähigkeit von Geräuschdämpfung verursachen kann.
In einer speziellen bevorzugten Ausführungsform ist die Trennwand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung in einer solchen Weise ausgestattet, dass sie sich zwischen den Wendekammern ausdehnt, die in Verbindung mit den Seitenwänden das Schalldämpfers angeordnet sind, und ist mit einer Gruppe von Einlasskanälen, die von der Einlassöffnung zu der Wendekammer führten und einer Gruppe von Auslasskanälen, die von der Wendekammer zur Auslassöffnung führt, ausgestattet, wodurch die Trennwand den Strom in zwei entgegengesetzt gerichtete Strompfade von der Einlassöffnung über die Wendekammern teilt und wobei sich die Strompfade an der Auslassöffnung treffen. Diese Konstruktion verursacht einen Schalldämpfer, wo die entgegengesetzt gerichteten Strompfade einen sehr guten Geräuschreduzierungseffekt verursachen. Daneben ist jeder der Strompfade dadurch gekennzeichnet, dass der Strom sich in einen Vorwärts- und einen Rückwärtspfad mit entgegengesetzt gerichteten Strom auf jeder Seite der Trennwand bewegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
1 einen Herstellungsprozess für einen Schalldämpfer gemäß der Erfindung zeigt,
2 einen Schalldämpfer im Detail mit einer Angabe der Strompfade durch den Schalldämpfer zeigt, und
3 Oberflächen der Trennwand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt die Herstellung eines Schalldämpfers gemäß der Erfindung. Eine Trennwand 1b, die in dem Schalldämpfer enthalten ist, wird durch ein Metallband 1a gebildet, das durch Pressen, Auswalzen oder dergleichen geformt wurde. Das Metallband wird außerdem in einem Pressschritt zwischen Walzen geformt, wo dem Metallband 1a auf der einen Seite eine Oberflächenstruktur 20 gegeben wird, welche in einer vergrößerten Ansicht in 1 gezeigt wird, und auf der anderen Seite eine Gruppe von alternierend gerichteten Falzkerben 2, 3. So wird die Trennwand von einem Band gebildet, welches in einer Z-Form zu einem Packet geformt ist, welches eine Gruppe von Einlasskanälen auf einer Seite der Trennwand und eine Gruppe von Auslasskanälen auf der anderen Seite der Trennwand bildet.
Die Oberflächenstruktur des Metallbandes umfasst eine Gruppe von Vorsprüngen, welche ausgestattet sind, um eine erhöhte Turbulenz während des Strömens durch die Kanäle in der Trennwand zu verursachen, wenn das Metallband gefaltet ist und eine Gruppe von Einlasskanälen und Auslasskanälen umfasst, wodurch zusätzliche Stromwege gemäß dem, was im folgenden erklärt wird, gebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Vorsprünge als eine schräg gemachte Riffelung auf dem Band hergestellt, vorzugsweise 40°–70° in Bezug zu der Richtung der Faltkerben 2, 3 geneigt. Die Vorsprünge fungieren auch als Abstandshalter und bewirken eine steife Konstruktion, sogar wenn das Band in einem dünnen Material hergestellt ist, so wie ein Blech mit einer geringeren Dicke als 0,2 mm, vorzugsweise weniger als 0,1 mm. Sogar ein Material mit einer Dicke bis zu und weniger als 0,05 mm kann mit einem guten Ergebnis verwendet werden.
In einem zweiten Herstellungsschritt wird das Metallband 1a zu einer Trennwand 1b gefaltet, welche mit einer Gruppe von Einlasskanälen 21, wodurch einer in einer ungefalteten Position in 2 gezeigt ist, und einer Gruppe von Auslasskanälen 22, ausgestattet ist. Außerdem ist die Trennwand 1b mit Dichtungen 5, 6 in den jeweiligen Endabschnitten des Metallbandes 1a ausgestattet, wobei die Dichtungen geplant sind, um auf einer oberen und einer unteren Oberfläche 22, 23 eines Gehäuses 4, das die Trennwand 1b umschließt, standzuhalten. Jeder der Einlasskanäle 21 werden durch eine obere und eine untere im Wesentlichen ebenen Oberfläche 24, 25 und einer Falz 26, welche die obere und die untere Oberfläche verbindet, gebildet. In der gleichen Weise werden jeder der Auslasskanäle 22 durch eine obere und eine untere im Wesentlichen ebenen Oberfläche 27, 28 und einer Falz 29, die die obere und untere Oberfläche verbindet, gebildet.
Jeder aus der Gruppe der Einlasskanäle und der Auslasskanäle sind so durch eine obere und eine untere im wesentlichen ebenen Oberfläche und einer Falz, die die Oberflächen verbindet, definiert, und worin die oberen und unteren im wesentlichen ebenen Oberflächen im wesentlichen parallel hergestellt sind.
Die Rillen an angrenzenden Falzen in dem gefalteten Metallband kreuzen einander und bilden ein stabiles und nicht ratterndes Packet mit einem großen Volumen, wenn das Metallband zusammengepresst ist. Zwischen den Falzen des Bandes werden Stromkanäle mit einer stabilen Geometrie hergestellt. Es ist vorteilhaft für den Schalldämpfeffekt, wenn jeder dieser Kanäle mit Hilfe der Rillen eine große Menge unregelmäßiger Stromwege von unterschiedlicher Länge bildet. So werden die Schallwellen, die durch die Kanäle passieren in viele phasenverschobene Wellenabschnitte unterteilt, die dazu tendieren sich einander auszulöschen. Durch Formen gekreuzter Rillen werden die Zahl von Schallpfaden und Schallreflektionspunkten vergrößert. Vorzugsweise ist das Band so gemacht, dass direkter Strom verhindert wird und so, dass es nicht möglich ist durch es zu schauen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Trennwand außerdem mit Perforationen ausgestattet werden, wodurch Druckpulsieren durch die Trennwand zusätzliches Dämpfen von Lärm bewirkt.
Normalerweise teilt die Trennwand den Strom in zwei im Wesentlichen entgegengesetzt gerichtete Strompfade von der Einlassöffnung über Wendekammern und wobei sich die Strompfade an der Auslassöffnung treffen. Der Ausdruck im wesentlichen entgegengesetzt gerichteter Strompfade bedeutet, dass der Durchschnittsstrom durch die Pfade entgegengesetzt gerichtet ist, wodurch der Gebrauch von Vorsprüngen, zum Beispiel in der Form von Rillen zum Erzeugen einer großen Menge von Stromwegen innerhalb von den jeweiligen entgegengesetzt gerichteten Strompfaden, nicht die Tatsache ändert, dass die Strompfade im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trennwand 1b mit einer solchen Geometrie gestaltet, dass jeder der Einlass- und Auslasskanäle in einer Gruppe von Einlass- und Auslasskanälen 21, 22 eine Ausdehnungslänge von Wendekammer 7 zu Wendekammer 8 hat, welche im wesentlichen die Ausdehnungslänge von einer inneren Falzkante 26 zu einer äußeren Falzkante 29 der Einlass- und Auslasskanäle überschreitet.
In einem dritten Herstellungsschritt wird die Trennwand 1b in das Gehäuse 4 gesetzt, wobei danach das Gehäuse durch Montieren der oberen Oberfläche 22 auf diesem geschlossen wird.
Das Gehäuse 4 ist mit einer Umschlagoberfläche 30 und zwei Seitenoberflächen 31, 32 ausgestattet. Zusammen bilden die Umschlagoberfläche und die Seitenoberflächen ein geschlossenes Volumen. Zwei gegenüberliegende Oberflächen der Umschlagoberfläche sind mit einer Einlassöffnung 9 und einer Auslassöffnung 10 ausgestattet. Die Positionierung der Trennwand 1b innerhalb des Gehäuses ist so gemacht, dass die Falzen 29 der Auslasskanäle gegen die Oberfläche der Umhüllungsoberfläche 30 gesetzt sind, die mit der Einlassöffnung ausgestattet ist und die Falzen 26 der Einlasskanäle gegen die Seite der Umschlagoberfläche 30 gesetzt sind, die mit der Auslassöffnung 10 ausgestattet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Trennwand 1b und das Gehäuse mit einem rechtwinkeligen Querschnitt geformt, welcher zu einem effektiven Herstellungsprozess führt. Zwei Wendekammern 7, 8 sind in Verbindung mit den Seitenoberflächen 31, 32 ausgestattet. Die Wendekammern sehen das Strömen von den Einlasskanälen 21 zu den Auslasskanälen 22 vor.
Um ein effektives Dämpfen des Lärms zu erreichen, ist die Trennwand mit mindestens 10 Paaren von Einlasskanälen und Auslasskanälen gestaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trennwand außerdem so geformt, dass die Relation zwischen der Ausdehnungslänge von Wendekammer zu Wendekammer und die Ausdehnungslänge von einer inneren Falzkante, wo das Band gegen den Uhrzeigersinn gefaltet ist, zu einer äußeren Falzkante, wo das Band im Uhrzeigersinn gefaltet ist, zwischen 1,2 und 6, vorzugsweise zwischen 1,4 und 3 beträgt. Ferner sind die Kanäle so ausgelegt, dass die Ausdehnungslänge von den Falzen 26 des Einlasskanals 21, die der Seite des Gehäuses 4, wo die Auslassöffnung 10 angeordnet ist, gegenüberstehen, zu den Falzen 29 des Auslasskanals 22, die die Seite des Gehäuses 4 gegenüberstehen, wo die Einlassöffnung 9 angeordnet ist, im wesentlichen die Höhe von einer oberen Kanalwand zu einer unteren Kanalwand überschreitet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Relation zwischen der Höhe von einer oberen Kanalwand zu einer unteren Kanalwand und die Ausdehnungslänge von einem inneren Falz zur Falz zwischen 1/30 und 1/100.
In 3 ist die Konstruktion der Trennwand mit der zuvor erwähnten Oberflächenstruktur in der Form von einer auf dem Band hergestellten schrägen Riffelung, vorzugsweise 40°–70° in Relation zu der Richtung der Faltkerben 2, 3 geneigt, im Detail gezeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung hinsichtlich der Trennwand symmetrisch platziert, wodurch der Strompfad von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung der gleiche ist, unabhängig davon durch welche Wendekammer der Strom geführt wird. In einer zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung entgegengesetzt zueinender auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses positioniert.
4 zeigt schematisch ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Einlass 35 und einem Ansauger und mit einem Abgasverteiler 36, welcher mit dem Abgassystem verbunden ist, ausgestattet. Ein erster Katalysator 37 ist stromabwärts der Auslässe des Verbrennungsmotors 33 angeordnet. Ein Schalldämpfer gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung ist stromabwärts dieses Katalysators montiert.
Die Erfindung sollte nicht auf diese zuvor beschriebenen Ausführungsformen begrenzt werden, aber kann innerhalb des Rahmens der eingeschlossenen Ansprüche variiert werden, zum Beispiel kann die Trennwand in einem anderen Herstellungsprozess angefertigt werden und der Querschnitt der Trennwand kann einen anderen Querschnitt haben als einen rechtwinkligen.

Claims

Schalldämpfer, der zum Anschließen an einen Gasstrom mit Druckschwankungen, wie zum Beispiel stromab von einem Verbrennungsmotor, vorgesehen ist, wobei der Schalldämpfer ein mit einer Einlassöffnung (9) und einer Auslassöffnung (10) versehenes Gehäuse (4), eine Trennwand (1b) und eine Wendekammer (7, 8) umfasst, wo der Strom von der einen Seite der Trennwand (1b) zur anderen geführt wird, wobei die Trennwand (1b) den Strom in zwei weitgehend entgegengesetzt gerichtete Strompfade auf beiden Seiten der Trennwand (1b) unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1b) aus einem Band (1a) gebildet wird, das Z-förmig zu einem Paket gefaltet ist, welches eine Reihe von Einlasskanälen (21) auf der einen Seite der Trennwand (1b) und einen Satz von Auslasskanälen (22) auf der anderen Seite der Trennwand (1b) ausbildet.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1b) nicht steif ausgebildet ist, wodurch die Druckschwankungen auf beiden Seiten der Trennwand herabgesetzt werden.
Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Trennwand (1b) kleiner als 0,2 mm, vorzugsweise kleiner als 0,1 mm ist.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Reihen von Einlasskanälen (21) und Auslasskanälen (22) eine obere und eine untere weitgehend ebene Fläche (24–25, 27–28) aufweist und dass die weitgehend ebenen Flächen (24–25, 27–28) mit einer Reihe von Vorsprüngen ausgebildet sind, welche vorgesehen sind, eine große Anzahl von unregelmäßigen Strömungswegen durch jede der weitgehend entgegengesetzt gerichteten Strompfade zu erzeugen.
Schalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Vorsprünge eine solche Ausdehnungslänge von den in den Kanälen (21, 22) enthaltenen unteren und oberen Flächen (24–25, 27–28) aus aufweisen, dass es nicht möglich ist, von dem einen Ende zum gegenüberliegenden Ende der Kanäle (21, 22) zu schauen.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Reihen von Einlasskanälen (21) und Auslasskanälen (22) durch eine obere und eine untere weitgehend ebene Fläche (24–25, 27–28) und einen Falz (26, 29) festgelegt ist, welcher die Flächen verbindet, und dass die oberen und unteren weitgchend ebenen Flächen (24–25, 27–28) weitgehend parallel sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1b) mindestens 10 Einlass- und Auslasskanäle (21, 22) ausbildet, die übereinander angeordnet sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket versehen ist mit einer Reihe innerer Falzkanten (26), in denen das Band entgegen dem Uhrzeigersinn gefaltet ist, und einer Reihe äußerer Falzkanten (29), in denen das Band im Uhrzeigersinn gefaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnungslänge von einer inneren Falzkante (26) zu einer äußeren Falzkante (29) der Einlass- und Auslasskanäle (21, 22) die Höhe zwischen einer oberen Kanalwand zu einer unteren Kanalwand wesentlich übersteigt.
Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Höhe von einer oberen Kanalwand zu einer unteren Kanalwand und der Ausdehnungslänge von einer inneren Falzkante (26) zu einer äußeren Falzkante (29) zwischen 1/30 und 1/100 liegt.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stoßdämpfer ein mit einer Hüllfläche (30) und zwei Seitenflächen (31, 32) versehenes Gehäuse (4) aufweist, wobei die Einlassöffnung (9) und die Auslassöffnung (10) in der Hüllfläche (30) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Wendekammer (7, 8) im Anschluss an die Seitenflächen (31, 32) angeordnet ist und dass sich die Trennwand (1b) zwischen der jeweiligen Wendekammer (7, 8) erstreckt, wobei der Satz von Einlasskanälen (21) von der Einlassöffnung (9) zur Wendekammer und der Satz von Auslasskanälen (22) von der Wendekammer zur Auslassöffnung (10) führt, wobei die Trennwand (1b) den Strom in zwei weitgehend entgegengesetzt gerichtete Strompfade von der Einlassöffnung (9) über die Wendekammern unterteilt und sich die Strompfade an der Auslassöffnung (10) treffen.
Schalldämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Ausdehnungslänge von der Wendekammer (7) zur Wendekammer (8) und der Ausdehnungslänge von einer inneren Falzkante (26) zu einer äußeren Falzkante (27) zwischen 1,1 und 6, vorzugsweise zwischen 1,4 und 3 liegt.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (9) und die Auslassöffnung (10) symmetrisch bezüglich der Trennwand (1b) angeordnet sind, wobei der Strompfad von der Einlassöffnung (9) zur Auslassöffnung (10) der gleiche ist, unabhängig davon, durch welche Wendekammer (7, 8) der Strom führt.
Schalldämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (9) und die Auslassöffnung (10) in der Mitte zwischen den Kantenbereichen der Trennwand (1b) angeordnet sind, die mit der Wendekammer (7, 8) in Verbindung stehen.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1b) mit Perforationen versehen ist.
Einsatz eines Schalldämpfers nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Abgassystem für einen Verbrennungsmotor stromab von einem ersten Katalysator.