DE69637017T2

DE69637017T2 - Schalldämpfer für eine interne brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69637017T2
Application number: DE69637017T
Authority: DE
Inventors: Hirotake-Ibiden Co. MATSUOKA; Keiichi-Ibiden Co. SAKASHITA; Keiji-Ibiden Co. YAMADA; Yoshio-Ibiden Co. NISHIKAWA; Koji-Ibiden Co. FUKUSHIMA
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2016-09-21
Also published as: DE69637849D1; JPH09228821A; EP0822322A1; WO1997031181A1; EP1803907A3; EP1803907B1; DE69637017D1; EP0822322A4; JP3984308B2; EP1803907A2; EP0822322B1; US5992560A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere einen Schalldämpfer, welcher in der Mitte eines Abgasrohres eines Automotors angebracht ist, um Komponenten von Schall zu dämpfen, welche in einem Abgasauslass eines Motors enthalten sind.
Eine Schalldämpfungseinrichtung für Geräuschkomponenten, welche in einem Abgasrohr umfasst sind, wird durch die Anordnung eines Schalldämpfers in der Mitte eines Abgasrohres erzielt.
Als Schalldämpfer sind unterschiedliche Aufbauten bekannt, unter welchen eine geeignete Struktur nach Maßgabe von Bedingungen eingesetzt wird, wie beispielsweise für eine Versetzung eines Motors u. ä. Als Schalldämpfer für eine Dämpfung einer Geräuschkomponente von hoher Frequenz unter verschiedenen Geräuschbestandteilen, enthalten im Abgas, ist ein Aufbau bekannt, bei dem ein Schall absorbierendes Material aus einer anorganischen Faser um ein Metallrohr (inneres Rohr) positioniert ist, welches mit einer Vielzahl von kleinen Löchern ausgestattet ist und danach mit einer Metallschale abgedeckt ist.
In einem derartigen Schalldämpfer sind gewöhnlich Glasfasern eingesetzt mit einer niedrigen Hitzebeständigkeit und ähnlich verwendet, wie das anorganische Schall absorbierende Fasermaterial. Vor kurzem sind die Abgastemperaturen deutlich mit der Anhebung der Motorleistung gestiegen, womit die Glasfasern durch die Hitze des Abgases unter Bildung von Perlen verschmelzen oder schwinden. Weiterhin treten Druckwellen in Begleitung des Hochtemperaturabgases in den Durchführungen auf und konzentrieren sich in den kleinen Löchern des Metallrohres, womit das Metallrohr schwingt oder das durchströmende Abgas pulsiert. Somit werden zu Kugeln geformte Glasfasern durch die kleinen Löcher auf die Innenseite des Metallrohres gezogen und auf die Außenseite mit dem Abgas gestreut. Damit ist der Schalldämpfer mit dem Problem verbunden, dass der Geräuschdämpfungseffekt wesentlich vermindert wird.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen ist ein Schalldämpfer 1, wie in 1 dargestellt, in den japanischen Anmeldungen JP-U-61-59819 und JP-Y-6-19785 vorgeschlagen worden. Bei dem Schalldämpfer 1 ist ein metallisches Abschirm-Dämmmaterial 6 wie beispielsweise rostfreie Wolle, zwischen einem Metallrohr 3, welches mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 2 ausgestattet ist und einem Schall absorbierenden Material 5, welches mit einer Metallschale bedeckt ist, gelegt, und aus Glasfasern hergestellt.
Da der Schalldämpfer 1 Geräuschkomponenten dämpfen soll, ist das Metalldämmmaterial 6 dargestellt in einer untereinander verbundenen Zellstruktur und bietet keinen thermischen Schutz für das Schall absorbierende Glasfasermaterial 5. Weiterhin ist das Metalldämmmaterial durch Wärmeeinwirkung aus dem Abgas erweicht, sodass die Wirkung als Dämmmaterial sehr gering ist. Folglich ist ein herkömmlicher Schalldämpfer 1 mit dem Nachteil verbunden, dass Geräuschkomponenten über eine lange Zeitperiode schwer zu dämpfen sind.
Es wird ebenso ein Verfahren zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit offenbart, indem Silizium-Aluminium-Keramikfasern oder allgemein einsetzbare kristalline Aluminiumfasern verwendet werden als das anorganische Fasern als Schall absorbierendes Material. Die Silizium-Aluminium-Keramikfasern beinhalten etwa 50 Gew-% granulierte Substanz, bezeichnet als Schuss (Eintrag), sodass sich ein Problem ergibt, indem der Schuss im Sinne des Schall absorbierenden Materials durch Schwingungen bewegt werden kann, um Räume in dem Schall absorbierenden Material auszubilden. Andererseits ist die allgemein verwendbare kristalline Aluminiumfaser ein feuerfestes, Wärme isolierendes Material, welches gewöhnlich als ein Wärmeisolator für einen Hochtemperatur-Keramikofen verwendet wird bei etwa 1400°C und welches eine durchschnittliche Fasergröße von 2,7 bis 3,2 μm aufweist, und damit dünner ist als eine durchschnittliche Fasergröße der herkömmlichen Glas faser mit etwa 9 μm und eine sehr hohe spezifische Schwere. Bis dahin wird der Druckabfall größer werden und es wird insbesondere dort ein Problem ergeben, wo der Schallabsorbtionskoeffizient auf einer Hochfrequenzseite sehr niedrig ist.
Im Gegensatz dazu gibt es ein Verfahren zur Erhöhung einer Fülldichte einer allgemein einsetzbaren kristallinen Aluminiumfaser. Da jedoch die Fülldichte ansteigt, nimmt die Masse einer Schall absorbierenden Schicht zu und Geräusche treten kaum in die Schall absorbierende Schicht ein, und somit wird ein Problem dahingehend verursacht, dass der Schallabsorbtionskoeffizient insgesamt erniedrigt wird.
Im Allgemeinen weist der Schalldämpfer eine Struktur auf, bei der beide Enden der Metallschale einen Durchmesser haben, der größer ist als der des Metallrohres und in der Größe reduziert werden auf annähernd einen äußeren Durchmesser des Metallrohres und befestigt werden an einem äußeren Umfang des Metallrohres an jedem Öffnungsteil der Metallschale durch Schweißen und das Schall absorbierende Material wird in einen Raum eingefüllt, der zwischen dem Metallrohr und der Metallschale bestimmt ist. In solch einer Struktur wird Druck auf das Metallrohr ausgeübt, welches sich verziehen kann aufgrund des Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Metallrohr, welches den hohen Temperaturen des Abgases ausgesetzt ist und der Metallschale, welche der Luft ausgesetzt ist, oder die Schweißzonen zwischen dem Metallrohr und der Metallschale platzen ab und verursachen eine Abgasleckage, womit das Problem entsteht, dass die Schallabstrahlung vom Abgas her größer wird.
Um das obige Problem zu beseitigen sind Strukturen bekannt, bei denen Schweißungen zwischen dem Metallrohr und der Metallschale entweder an einem Öffnungsteil an beiden Enden der Metallschale ausgeführt werden, während eine gitterförmige rostfreie Dichtung vorher an das andere offene Teil der Metallschale angebracht ist und zwischen dem Metallrohr und die Metallschale zwischen gelegt ist, wobei der Einfluss der Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Metallrohr und der Metallschale eliminiert wird, um eine Leckage an Abgas zu vermeiden und um damit die Menge an abgestrahltem Schall zu überwachen. Dabei sollte jedoch die Dichtung im Voraus an der Metallschale mittels Punktschweißen o. ä. befestigt werden, sodass die Anzahl der Zusammenbauschritte sowie die entsprechenden Kosten zunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die oben erwähnten Probleme zu lösen und einen Schalldämpfer für Verbrennungskraftmaschinen zur Verfügung zu stellen mit einer ausgezeichneten Beständigkeit (Widerstand gegen Streuung) sogar wenn dieser dem hoch temperierten Abgas ausgesetzt ist und mit Beibehaltung der Luftdichtheit in der Verbindungszone zwischen dem Metallrohr und der Metallschale, ohne durch die thermischen Ausdehnungsunterschiede dazwischen beeinflusst zu werden und der in der Lage ist, den hohen Schallabsorbtionskoeffizienten über eine lange Zeitdauer beizubehalten.
Die Erfindung wird dargestellt durch einen Schalldämpfer für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Metallrohr mit einer Vielzahl von kleinen Löchern, ein anorganisches Schall absorbierendes Fasermaterial, welches an einem äußeren Umfang desselben angeordnet ist und eine Metallschale, welche eine Außenseite des Schall absorbierenden Materials abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element zur Vermeidung von Streuung zwischen dem Metallrohr und dem Schall absorbierenden Material angeordnet ist und das Schall absorbierende Material eine Schichtstruktur aufweist, das eine Matte aus kristalliner Aluminiumoxidfaser aufweist, welche nicht mehr als 10 Gew-% gekörnte Substanz enthält, die nicht kleiner als 44 μm ist, eine durchschnittliche Fasergröße von 3,5–10 μm aufweist, an einem äußeren Umfang des Elementes zur Vermeidung von Streuung mit einer Fülldichte von 0,05–0,30 g/cm³ angeordnet ist und dass eine Glasfasermasse an einem äußeren Um fang der Matte aus kristallinem Aluminiumoxid mit einer Fülldichte von 0,10–0,30 g/cm³ geschichtet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Element zur Vermeidung von Streuung derart ausgewählt ist, dass es aus einem rostfreien gewebten Drahtgewebe, einem gewebten Erzeugnis anorganischer Faser und einer Metallfolie besteht.
Bei dem Schalldämpfer entsprechend der Erfindung ist das Element zur Vermeidung von Streuung zwischen dem Metallrohr und dem Schall absorbierenden Material anstelle der rostfreien Wolle angeordnet, die in einem herkömmlichen Schalldämpfer verwendet wird, sodass das Schall absorbierende Material von einem Druckschock, der sich in den kleinen Löchern des Metallrohres konzentriert, begleitet mit dem Durchgang von hoch temperiertem Abgas, bewahrt werden kann, und dass ebenso Geräuschbestandteile, die durch die kleinen Löcher passieren, durch das Schall absorbierende Material absorbiert werden können.
Da die kristalline Aluminiumfasermatte mit der ausgezeichneten Wärmebeständigkeit und der Wärmeisolationseigenschaft um das Metallrohr als Schall absorbierendes Material herumgewunden ist, wird die Wärmeleitung zu der Glasfasermatte, welche an dem äußeren Umfangsteil desselben laminiert ist, überwacht und somit wird eine Zerstörung der Glasfaser aufgrund von Hitze aus dem Abgas verhindert und die Streuung der Faser aufgrund von Schwingungen und Pulsationen des Abgases hat keine Grundlage. Weiterhin ist die kristalline Aluminiumfasermatte wesentlich ist hinsichtlich der Schallabsorbtionsfläche im Verhältnis zur rostfreien Wolle, dass der Schalldämpfer kompakter gebaut werden kann.
Im Folgenden werden die Figuren beschrieben:
1 zeigt eine teilweise abgewickelte Ansicht eines herkömmlichen Schalldämpfers,
2 zeigt eine Aufsicht, welche bereichsweise eine Ausgestaltung des Schalldämpfers entsprechend der Erfindung wiedergibt,
die 3 und 4 zeigen partiell abgewickelte Aufsichten weiterer Ausgestaltungen des Schalldämpfers entsprechend der Erfindung,
5 zeigt eine diagrammartige Ansicht, welche bildlich eine Zusammenbaumethode des Schalldämpfers entsprechend 2 wiedergibt.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Einzelheiten und mit Bezug auf die 2, 3, 4 und 5 beschrieben. In diesen Figuren sind gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente vergeben.
Eine erste Ausgestaltung des Schalldämpfers entsprechend der Erfindung wird in 2 gezeigt. Dieser Schalldämpfer 10 weist ein Metallrohr 12 auf, welches eine Vielzahl von kleinen Löchern 11 ausgestattet ist, mit einer Metallschale 13, eine Schall absorbierendes Material 14, welches in einem Raum zwischen dem Metallrohr 12 und der Metallschale 13 eingefüllt ist und eine laminierte Struktur einer kristallinen Aluminiumfasermatte 15, einem rostfreien gewebten Drahtgewebe 16 und einer Glasfasermatte 17, wobei ein rostfrei gewebtes Drahtgewebe 18 zwischen dem Metallrohr und dem Schall absorbierenden Material als ein Element zur Verhinderung von Streuung als Schall absorbierendes Material zwischengelegt ist.
Die Metallschale 13 wird nicht durch die der bildliche Darstellung besonders eingeschränkt, sofern der Raum zum Ausfüllen mit dem Schall absorbierenden Material 14 zwischen der Metallschale 13 und dem Metallrohr 12 bestimmt ist, es ist jedoch notwendig, dass eine Größe von Öffnungsteilen 13a und 13b an beiden Enden der Metallschale 13 vorhanden sind, die geringfügig größer sind als ein äußerer Durchmesser des Metallrohres 12. Weiterhin ist es wichtig, dass entweder der Öffnungsbereich 13a oder 13b, beispielsweise der Öffnungsbe reich 13a in der Bilddarstellung der Ausgestaltung mit dem Metallrohr 12 verbunden ist, beispielsweise durch Schweißen, und der verbleibende offene Bereich 13b wird nicht damit verbunden.
Das rostfrei gewebte Drahtgewebe 18 als das Element zur Verhinderung von Streuung ist an dem äußeren Umfang des Metallrohres 12 angeordnet, zwischen dem Metallrohr 12 und dem Schall absorbierenden Material 14, welches an dessen einem Ende entweder mit dem Metallrohr 12 oder der Metallschale 13 oder beiden in dem Öffnungsbereich 13a befestigt. Weiterhin ist das andere Ende des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 gefaltet in zumindest einem Bogen, um eine Dicke zu erreichen, welche mit einer Lücke zwischen dem offenen Bereich 13b der Metallschale 13 und dem Metallrohr 12 besteht und die Luftdichtheit des offenen Bereiches 13b wird durch Einführung des gefalteten Teiles, welches am anderen Ende in die Lücke zwischen dem offenen Bereich 13b und der Metallschale 13 und dem Metallrohr 12 erreicht.
Der Schalldämpfer 10 mit der obigen Struktur schützt das Schall absorbierende Material 13 vor Druckstößen, die sich in den kleinen Löchern 11 des Metallrohres 12 konzentrieren, begleitet mit dem Durchgang des hoch temperierten Abgases, da das rostfreie gewebte Drahtgewebe 18 als das Element zur Verhinderung von Streuung zwischen dem Metallrohr 12 und dem Schall absorbierenden Material 14 zwischengelegt ist. Andererseits lässt das rostfreie gewebte Drahtgewebe 18 Geräuschbestandteile von den kleinen Löchern 11 zu dem Schall absorbierenden Material 14 durch, sodass die Geräuschkomponente sicher durch das Schall absorbierende Material 14 absorbiert werden kann.
Weiterhin ist ein Ende des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 in jedem Öffnungsbereich 13a oder 13b zu entweder dem Metallrohr 12 oder der Metallschale 13 oder zu beiden durch Schweißen befestigt, während das andere Ende desselben ein oder mehrere Male gefaltet ist und in die Lücke zwischen dem verbleibenden Öffnungsteil der Metallschale 13 und dem Metallrohr ohne Befestigung eingelegt ist, sodass die Struktur mit abgeschwächtem Einfluss der thermischen Expansionsdifferenz umsetzbar ist, welche zwischen der Innenseite des Metallrohres, an dem das hoch temperierte Abgas, und der Außenseite der Metallschale, die mit der Luft in Verbindung steht, erzeugt wird. Als Ergebnis werden die oben erwähnten Probleme vermieden wie Aufwellungen aufgrund von Drücken auf das Metallrohr, Abschälen der Schweißbereiche zwischen dem Metallrohr und der Metallschale u. ä.
Da das gefaltete Teil am Ende des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 zwischengelegt ist zwischen dem Öffnungsteil 13b der Metallschale 13 und dem Metallrohr 12, als Element zur Verhinderung von Streuung, wird nicht nur die Leckage von Abgas verhindert, sondern ebenso die Verminderung der Anzahl von Zusammenbauschritten für den Schalldämpfer insgesamt. Das heißt, dass der Schritt der Anbringung der gitterförmigen rostfreien Dichtung an der Metallschale unterbleiben kann und die Anzahl der Bauteile kann vermindert werden, womit der Schalldämpfer kostengünstiger aufgebaut werden kann.
Das rostfreie gewebte Drahtgewebe wie das Element zur Verhinderung von Streuung kann vorzugsweise aus einem Material wie SUS304, aus rostfreiem SUS430 o. ä., unter Gesichtspunkten der Wärmebeständigkeit und Flexibilität. Insbesondere weist dieses vorteilhaft eingesetzte rostfreie gewebte Drahtgewebe einen Drahtdurchmesser von 0,1–1 mm auf und ein Netz von 5–100 Gittern. Falls der Drahtdurchmesser kleiner als 0,1 mm beträgt, so ist die Flexibilität ausgezeichnet, wenn jedoch das Drahtgewebe vorzeitig durch das Abgas abschmilzt, welches kurzzeitig eine beträchtlich höhere Temperaturstufe erreicht hat, do dass die Beständigkeit des Materials erniedrigt wird. Während, wenn der Drahtdurchmesser 1 mm übersteigt die Beständigkeit ausgezeichnet wird, jedoch die Flexibilität hinsichtlich der Verarbeitbarkeit schlecht wird. Deshalb ist der Drahtdurchmesser vorteilhaft in den Bereich von 0,1–1 mm gelegt worden, insbesondere zu 0,12–0,20 mm.
Weiterhin fällt, wenn das Netz grober als 5 Maschen ist, das Schall absorbierende Material durch das Netz aufgrund der Schwingungen des Fahrzeuges, dem Strom des Abgases u. ä. und wird durch die kleinen Löcher in die Luft gestreut, während, wenn es feiner als 100 Maschen ist, so wird die Schallkomponente, welche in dem Abgas enthalten ist, reflektiert und erniedrigt den Schalldämpfungseffekt. Deshalb ist das Netz vorteilhaft innerhalb des Bereiches von 5–100 Maschen ausgelegt und insbesondere auf 50–80 Maschen.
Eine zweite Ausgestaltung des Schalldämpfers entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Dieser Schalldämpfer 20 weist die gleiche Struktur wie der Schalldämpfer 10 entsprechend 2 mit Ausnahme, dass das Gewebeerzeugnis 22 aus anorganischen Fasern hergestellt ist und als Element zur Vermeidung zur Streuung eingesetzt wird.
Das Gewebeerzeugnis 22 muss eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweisen, sowie Korrosionsbeständigkeit und Flexibilität, womit ein Gewebeerzeugnis aus anorganischen Fasern hergestellt wird mit einer hohen Hitzebeständigkeit und mit keramischen Fasern, Aluminiumfaser, Siliziumfaser und so fort.
In dem anorganischen Fasergewebeerzeugnis liegt eine Stärke von 0,5–2 mm vor, ein Fadendurchmesser von 3–100 μm und die Anzahl von jedem Schussdraht und Kettdraht pro 25 mm² beträgt 5–50. Falls die Stärke geringer ist als 0,5 mm so vermindert sich die Beständigkeit wesentlich, während, falls diese die 2 mm übersteigt die im Abgas enthaltene Schallkomponente reflektiert wird, sodass die Geräuschdämpfungswirkung erniedrigt wird. Wenn der Faserdurchmesser geringer als 3 μm ist, so ist die Flexibilität ausgezeichnet, jedoch die Beständigkeit unzureichend, während, falls dieser die 100 μm über steigt, die Beständigkeit ausgezeichnet ist, jedoch die Flexibilität erheblich geringer und die Prozessierfähigkeit wird damit vermindert. Vorzugsweise wird der Fadendurchmesser in dem Bereich von 5–15 μm liegen. Falls die Anzahl eines jeden der Schuss- und Kettdrähte pro 25 mm² geringer ist als 5, so wird das Schall absorbierende Material von dem Netz des Gewebeerzeugnisses aufgrund von Schwingungen des Fahrzeuges, Abgasstrom o. ä. abfallen und in die Luft über den kleinen Löchern verstreut werden, während, falls die Anzahl pro 25 mm² die 50 übersteigt die Geräuschkomponente, die im Abgas enthalten ist, reflektiert wird und somit der Geräuschdämpfungseffekt vermindert wird. Vorzugsweise wird die Anzahl eines jeden Schuss- und Kettdrahtes pro 25 mm² innerhalb eines Bereiches von 9–30 liegen.
Eine dritte Ausgestaltung des Schalldämpfers entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in 4 dargestellt. Dieser Schalldämpfer 30 weist den gleichen Aufbau wie der Schalldämpfer 10 entsprechend 2 auf mit der Ausnahme, dass die Metallfolie 32 das Streuungsverhinderungselement ist.
Die Metallfolie 32 ist vorzugsweise mit einer Oberflächendichte von 0,05–0,27 kg/m³ ausgebildet. Allgemein wird, falls der verdichtete Bereich an der Oberfläche des Schall absorbierenden Materials angeordnet ist, durch das Schall absorbierende Material zu absorbierende Schallenergie nicht durch eine Schallisolierwirkung eingebracht, basierend auf einem Massenwirkungsgesetz und somit wird der Schallabsorbtionskoeffizient erniedrigt. Falls jedoch die Oberflächendichte der Metallfolie weiterhin im obigen Bereich verweilt so wurde herausgefunden, dass der Schalldämpfungseffekt im Wesentlichen in einer Schallzone von 100–5000 Hz entsteht, welcher genau für einen Schalldämpfer in der Automobilindustrie zur Verfügung steht. Vorzugsweise wird die Oberflächendichte der Metallfolie innerhalb eines Bereiches von 0,07–0,16 kg/m³ liegen.
Die Metallfolie kann aus einem zusammengesetzten Material dargestellt werden, indem ein Metall auf ein Papier aus anorganischer Faser abgeschieden oder aufplattiert wird.
Die kristalline Aluminiumfasermatte, die einen Teil des Schall absorbierenden Materials darstellt, welches in dem Schalldämpfer entsprechend der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird und auf dem äußeren Umfang des Elementes zur Verhinderung von Streuung angeordnet ist, wird im Folgenden beschrieben. Die kristalline Aluminiumfaser, mit der die Matte dargestellt wird, unterscheidet sich von der für allgemeine Verwendungen insbesondere herkömmliche Schalldämpfer eingesetzten kristallinen Aluminiumfaser und besteht aus einer Aluminiumfaser mit einem Aluminiumanteil von 72–85%, einem Siliziumanteil von 15–28%, einer durchschnittlichen Fasergröße von 3,5–10 μm, vorzugsweise 4,5–6,5 μm und hat nicht mehr als 10 Gew.-% von granulierter Substanz mit nicht weniger als 44 μm.
Bei einer solchen kristallinen Aluminiumfaser wird, falls der Aluminiumgehalt höher als 85% beträgt, das wirkliche spezifische Gewicht der Faser hoch und die Porosität wird groß, sodass der Druckabfall gering ist und die Schallabsorbtion sich vermindert. Weiterhin wird, falls der Siliziumgehalt größer als 28% wird, so dass merkbar die Festigkeit der Faser sinkt. Ebenso wird, wenn die durchschnittliche Fasergröße geringer als 3,5 μm beträgt, der Druckabfall größer werden und der Schallabsorbtionskoeffizient bei Niedrig-Frequenzseite wird erniedrigt. Während der Druckabfall geringer wird, wenn die durchschnittliche Faserstärke die 10 μm übersteigt, wird der Schallabsorbtionskoeffizient sich bei Niedrig-Frequenzen erniedrigen. Weiterhin wird, falls der Inhalt an granulierter Substanz mit nicht weniger als 44 μm nicht mehr als 10 Gew.-% beträgt, die granulierte Substanz oder ein Schuss bzw. eine Lage in die kristalline Aluminiumfasermatte durch Schwingungen bewegt, um in der Matte Räume auszubilden, wie die oben erwähnte Silizium-Aluminium-Keramikfaser.
Die kristalline Aluminiumfasermatte, welche in der Erfindung verwendet wird ist eine Matte, die durch Füllung der kristallinen Aluminiumfaser bei einer Fülldichte von 0,05–0,30 g/cm³, vorzugsweise mit 0,20–0,25 g/cm³ ausgebildet wird. Falls die Fülldichte geringer ist als 0,05 g/cm³ ergibt sich ein Problem in der Haltbarkeit der Matte, während, falls die Fülldichte 0,30 g/cm³ übersteigt, der Schalldämpfungseffekt erniedrigt und ebenso die Einbringung in die Metallschale beträchtlich erschwert wird.
Da die Glasfasermatte einen Teil des Schall absorbierenden Materials entsprechend der Erfindung darstellt und den äußeren Umfang des kristallinen Aluminiumfasermaterials bedeckt wird eine Matte verwendet mit einer Fülldichte von 0,10–0,30 g/cm³.
Falls die Fülldichte der Glasfaser geringer als 0,10 g/cm³ beträgt, wird ein Problem bzgl. der Dauerhaftigkeit aufgeworfen, während, falls die Fülldichte 0,30 g/cm³ übersteigt der Schalldämpfungseffekt vermindert wird und ebenso die Einführung in die Metallschale erschwert wird.
Bei dem Schall absorbierenden Material 14 mit einer Laminatstruktur der kristallinen Aluminiumfasermatte und der Glasfasermatte entsprechend der 2–4 ist ein rostfreies gewebtes Drahtgewebe 16 an dem äußeren Umfang der kristallinen Aluminiumfasermatte 15 zur Anpassung der Fülldichte einer jeden Matte auf einen vorgegebenen Wert, herum gewunden.
Die Glasfasermatte wird gewöhnlich durch Benadeln hergestellt, sodass die elastische Kraft der Faser überwacht wird. Andererseits wird an der kristallinen Aluminiumfasermatte die abstoßende Kraft erhöht, wenn die Fülldichte groß wird. Deshalb wird sogar wenn die Fülldichte der kristallinen Alumini umfasermatte gesetzt wird zu: 0,20 g/cm³ und der Glasfasermatte zu: 0,30 g/cm³, wenn das Laminat dieser Matten tatsächlich in dem Schalldämpfer ohne das rostfreie gewebte Drahtgewebe befestigt wird, die Glasfasermatte zerkleinert werden durch die kristalline Aluminiumfasermatte, wobei die Fülldichte in der kristallinen Aluminiumfasermatte verändert wird zu: 0,18 g/cm³ und der Glasfasermatte: 0,32 g/cm³ in entsprechender Weise und somit kann der entsprechende Schalldämpfer nicht eingesetzt werden, da die Fülldichte außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt.
Deshalb sollte vorzugsweise das rostfreie gewebte Drahtgewebe auf dem äußeren Umfang der kristallinen Aluminiumfasermatte herum gewunden sein. Von dem rostfreien gewebten Drahtgewebe wird gefordert, eine bestimmte Wärmebeständigkeit aufzuweisen und durch elastische Kraft von der kristallinen Aluminiumfasermatte nicht deformierbar zu sein.
Ein derartiges rostfreies gewebtes Drahtgewebe wird hergestellt aus SUS304, SUS430 o. ä. und ist vorzugsweise mit einem Drahtdurchmesser verbunden von 0,1 bis 1 mm und einem Netz aus 5–50 Maschen.
Weiterhin wird die Füllstärke/-dicke der kristallinen Aluminiumfasermatte und Glasfibermatte bestimmt durch die Festsetzung der Füllstärke der kristallinen Aluminiumfasermatte. Das heißt, dass die Hitzestandfestigkeitstemperatur der Glasfaser normalerweise bei 600–800°C liegt, sodass es notwendig ist, die Fülldicke der kristallinen Aluminiumfasermatte festzulegen, um eine Temperatur darzustellen, welche auf die Glasfasermatte nicht mehr als 600°C einbringt.
Ein Verfahren zum Zusammenbau der kristallinen Aluminiumfasermatte und der Glasfasermatte wird im Folgenden beschrieben.
Beim Aufbau dieser Matten sind beispielsweise die folgenden zwei Verfahren in Anwendung. Ein erstes Verfahren wird dargestellt durch den Einsatz der kristallinen Aluminiumfasermatte und der Glasfasermatte, wobei jede mit einem Kunststofffilm unter Vakuum verpackt ist. Bei dem ersten Verfahren wird jede vakuumverpackte Matte nach und nach um das Metallrohr herum gewunden und dann an der Innenseite der Metallschale angebracht. Ein zweites Verfahren besteht in dem Einsatz eines Unterbauelementes, welches dargestellt wird durch Umwickeln des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 als ein Element zur Verhinderung von Streuung und ein Laminat aus einer kristallinen Aluminiumfasermatte 15, wobei das rostfreie gewebte Drahtgewebe 16 und die Glasfasermatte 17 als ein Schall absorbierendes Material 14 um das Metallrohr 12 gewickelt sind und in einem Sack 34 aus einem Kunststofffilm positioniert sind. Bei der zweiten Methode wird das Unterprodukt in die Metallschale 13 eingeführt bis zu einer vorbestimmten Position, während die Entlüftung der Innenseite des Sackes 34 durch den Schlauch 36 geschieht.
Bei einem herkömmlichen Schalldämpfer wird die Oberfläche der Glasfasermatte einer Wärmenachbehandlung mit einem anorganischen Binder für die Vereinfachung der Formstabilität und der Montagefähigkeit der Matte unterworfen. In diesem Fall wird jedoch die Elastizität der Glasfasermatte dahingehend beschädigt, dass der Schallabsorbtionskoeffizient erniedrigt wird. Entsprechend der Erfindung wird der Zusammenbau der Glasfasermatte durch das oben erwähnte Verfahren ohne Oberflächenbehandlung ausgeführt.
Für den Kunststofffilm können Materialien wie Silikonharz, Polyvenylchloride, Polyethylene, ionomere Harze u. ä. eingesetzt werden. Es ist dabei wünschenswert, dass die Oberfläche des Kunststofffilmes eine gute Schmierfähigkeit aufweist, um die Einführung in der Innenseite der Metallschale auszuführen. Das heißt, dass der Kunststofffilm notwendigerweise aus einem Material mit einem niedrigen Oberflächenreibkoeffizien ten herzustellen ist, sodass das Polyvinylchlorid, das Polyethylen und ionomere Harze vorzugsweise eingesetzt werden.
Bei vielen Verfahren werden Unterbaugruppen als Teile des gesamten Produktes eingesetzt wie Metallrohr, Element zur Verhinderung der Streuung, Schallabsorbitionsmaterial u. ä., welches in die Metallschale eingeführt wird und an einer bestimmten Position verbleibt. Deshalb, um beide Endteile der Metallschale nach vorne und zu den rückwärtigen Abgasrohren zu verbinden wird der Öffnungsdurchmesser an beiden Enden der Metallschale reduziert auf eine vorgegebene Größe oder ein Konus wird für die Verbindung mit dem Abgasrohr an jedem Ende der Metallschale angeschweißt.
[Beispiel 1]
Ein Schalldämpfer entsprechend der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die 2 und 5 beschrieben.
Entsprechend dem Aufbau, wie er in 2 dargestellt ist, wird ein Metallrohr aus SUS409 mit einer Stärke von 1,2 mm (äußerer Durchmesser: 63,5 mm), versehen mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 11 mit einem Durchmesser von 2 mm bei einer Öffnungsrate von 35%, als ein Metallrohr 12 eingesetzt und ein Rohr aus SUS409 mit einer Stärke von 1,5 mm (äußerer Durchmesser: 112,5 mm) wird eingesetzt als eine Metallschale 13 und ein rostfreies gewebtes Drahtgewebe 18 aus SUS304 mit einem Durchmesser von 0,12 mm und einem Netz aus 80 Maschen wird verwendet als Element zur Verhinderung von Streuung, welches das Metallrohr 12 abdeckt.
Wie in 5 dargestellt ist ein Unterprodukt, umfassend ein Metallrohr 12 vorhanden, ein rostfreies gewebtes Drahtgewebe 18 als ein Element zur Verhinderung von Streuung und ein Laminat einer Glasfasermatte 17, ein rostfreies gewebtes Drahtgewebe/Tuch 16 und eine kristalline Aluminiumfasermatte 15 als ein Schall absorbierendes Material 14 wird wie im Folgenden beschrieben präpariert.
Zunächst wird ein Ende 18a des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 als das Element zur Verhinderung von Streuung an dem Metallrohr 12 durch Schweißen angebracht, während das andere Ende 18b mit einer Breite von 10 mm zweimal gefaltet wird. Dann wird die kristalline Aluminiumfasermatte 15 mit einem Aluminiumgehalt von 80%, einem Silikatgehalt von 20%, einer durchschnittlichen Fasergröße von 4,3 μm, einer Fülldichte von 0,24 g/cm³ und einer Stärke von 10 mm auf dem äußeren Umfang des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 an der Seite des Metallrohres 12 herum gewunden. Bei der kristallinen Aluminiumfasermatte 15 beträgt der Inhalt an granulierter Substanz, von nicht weniger als 44 μm, 5%. Als nächstes wird das rostfreie gewebte Drahtgewebe 16 (Drahtdurchmesser: 0,1 mm, Netz: 30 Maschen) an der äußeren Peripherie der kristallinen Aluminiumfasermatte 15 herum gewunden. Weiterhin wird die Glasfasermatte 17 mit einer durchschnittlichen Fasergröße von 9 μm, einer Fülldichte von 0,16 g/cm³ und einer Dicke von 13 mm auf dem äußeren Umfang des rostfreien gewebten Drahttuches 16 herum gewunden. Diese Elemente sind bedeckt mit einem Polyethylen-Kunststoffblech 34, um eine Unterbaugruppe darzustellen.
Das Unterbauprodukt/Einzelteil wird in die Metallschale 13 bis zu einer vorgegebenen Position unter Druck eingeführt, während eine Entlüftung der Innenseite des Bleches 34 in dem Unterprodukt durch einen Schlauch 36 geschieht. Schließlich werden beide Endteile der Metallschale 13 in der Größe reduziert auf einen vorgegebenen Öffnungsdurchmesser zur Verbindung an ein Abgasrohr, um einen Schalldämpfer 10 entsprechend 2 auszubilden.
Weiterhin wird ein gefaltetes Teil (18b) des rostfreien gewebten Drahtgewebes 18 als das Element zur Verhinderung von Streuung luftdicht eingeführt in eine Lücke zwischen der Metallschale 13 und dem Metallrohr 12 an einem Öffnungsteil 13b der Metallschale 13 entsprechend 2.
Der Schalldämpfer 10 ist verbunden mit einem Abgasrohr für einen Benzinmotor mit einem Hubraum von 2000 cm³ mit 6 Zylindern und der Motor wird bei 4000 Umdrehungen pro Minuten betrieben, während dessen Geräusch, das durch das Abgasrohr erzeugt wird gemessen wird, um Ergebnisse zu erhalten, wie sie in Tabelle 1 wiedergegeben sind. Die in dieser Tabelle dargestellten Werte sind Geräuschwerte, welche an einer Position gemessen sind, die einen Meter hinter dem Abgasrohr liegt.
Nachdem das Fahrzeug tatsächlich über 30.000 km gelaufen ist, wird das Geräusch von dem Abgasrohr und die Gewichtsverlustrate des Schall absorbierenden Materials gemessen, um Ergebnisse zu erhalten, wie sie in Tabelle 1 wiedergegeben sind.
[Beispiel 2]
Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wird wiederholt, um einen Schalldämpfer mit einer Fülldichte der kristallinen Aluminiumfasermatte von 0,05 g/cm³ zu erhalten und eine Fülldichte der Glasfasermatte von 0,3 g/cm³. Die gleichen Messungen wie in Beispiel 1 werden unter Bezug auf diesen Schalldämpfer ausgeführt. Die Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 angegeben.
[Beispiel 3]
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wird zur Darstellung des Schalldämpfers mit einer Fülldichte der kristallinen Aluminiumfasermatte mit 0,30 g/cm³ und einer Fülldichte der Glasfasermatte von 0,3 g/cm³ wiederholt. Es werden die gleichen Messungen wie in Beispiel 1 in Bezug auf den Schalldämpfer ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 niedergelegt.
[Beispiel 4]
Ein Schalldämpfer 20 mit einem Aufbau entsprechend 3 wird dargestellt durch Wiederholung des gleichen Verfahrens entsprechend Beispiel 1. In diesem Fall wird ein Gewebeer zeugnis 36 aus Aluminiumlangfasern mit einem Fadendurchmesser von 10 μm und der Anzahl eines jeden Schussdrahtes und Kettdrahtes von 15 pro 25 mm² des Gewebeerzeugnisses verwendet anstelle von rostfreiem gewebtem Drahtgewebe als das Element zur Verhinderung von Streuung. Es werden die gleichen Messungen entsprechend Beispiel 1 ausgeführt mit Bezug auf den Schalldämpfer 20. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Beispiel 5]
Ein Schalldämpfer 30 mit einem Aufbau entsprechend 4 wird unter Wiederholung des gleichen Verfahrens entsprechend Beispiel 1 dargestellt. In diesem Fall wird eine Metallfolie 46 aus SUS304 mit einer Oberflächendichte von 0,16 kg/m² verwendet anstelle des rostfreien gewebten Drahtgewebes als Element zur Verhinderung von Streuung. Es werden die gleichen Messungen wie in Beispiel 1 bzgl. des Schalldämpfers 30 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 niedergelegt.
[Vergleichsbeispiel 1]
Ein Schalldämpfer wird dargestellt durch Wiederholung des gleichen Verfahrens entsprechend Anspruch 1 ohne Einsatz des rostfreien gewebten Drahtgewebes als das Element zur Verhinderung von Streuung und das Geräusch wird auf die gleiche Art wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 niedergelegt.
[Vergleichsbeispiel 2]
Ein Schalldämpfer 1 mit einem Aufbau entsprechend 1 wird hier dargestellt. In diesem Fall sind das Metallrohr 2 und die Metallschale 3 die gleichen wie in Beispiel 1. Eine Glasfasermatte 5 mit einer durchschnittlichen Fasergröße von 9 μm, einer Fülldichte von 0,16 g/cm³ und einer Stärke von 18 mm wird als Schall absorbierendes Material eingesetzt und eine rostfreie Wolle 6 (Drahtdurchmesser: 70 μm, SUS430) wird an der Seite des Metallrohres 2 angeordnet und weist eine Fülldichte von 0,56 g/cm³ und eine Stärke von 5 mm auf, und ist eingesetzt als Element zur Verhinderung von Streuung und als Schall absorbierendes Material. Es werden die gleichen Messungen wie in Beispiel 1 unter Bezug auf den Schalldämpfer 1 durchgeführt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
[Vergleichsbeispiel 3]
Ein Schalldämpfer wird durch Wiederholung des gleichen Verfahrens entsprechend Beispiel 1 dargestellt, mit Ausnahme, dass eine kristalline Aluminiumfasermatte mit einer durchschnittlichen Fasergröße von 2,9 μm, einer Fülldichte von 0,24 g/cm³ und einer Stärke von 10 mm verwendet wird. Es wird die gleiche Messung wie in Beispiel 1, bezogen auf den Schalldämpfer ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Vergleichsbeispiel 4]
Ein Schalldämpfer wird unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 dargestellt, mit Ausnahme, dass die kristalline Aluminiumfasermatte eine durchschnittliche Fasergröße von 4,3 μm, eine Fülldichte von 0,32 g/cm³ und eine Stärke von 10 mm aufweist. Es werden die gleichen Messungen entsprechend Beispiel 1 ausgeführt mit Bezug auf den Schalldämpfer. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 dargestellt.
[Vergleichsbeispiele 5–7]
Ein Schalldämpfer wird dargestellt durch Wiederholung des gleichen Verfahrens entsprechend Beispiel 4 mit Ausnahme, dass die Art des Gewebeerzeugnisses als Element zur Verhinderung von Streuung und die Anzahl von jedem Schussdraht und Kettdraht pro 25 mm² des Gewebeerzeugnisses verändert wird, wie es in Tabelle 2 dargestellt ist. Die Geräuschmessung vor dem tatsächlichen Einsatz wird in der gleichen Art und Weise ausgeführt wie in Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammen mit den Ergebnissen von Beispiel 4 dargestellt.
[Vergleichsbeispiele 8–10]
Ein Schalldämpfer wird unter Wiederholung des gleichen Verfahrens entsprechend Beispiel 5 dargestellt mit Ausnahme der Art und Stärke der Metallfolie, die verändert werden, wie es in Tabelle 3 zu sehen ist.
Die Geräuschmessung vor dem tatsächlichen Einsatz wird auf die gleiche Art und Weise ausgeführt wie in Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammen mit den Ergebnissen des Beispiels 5 niedergelegt. Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Die besondere Wirkung des Schalldämpfers entsprechend der Erfindung wird im Folgenden dargelegt.

(a) Bei dem Schalldämpfer entsprechend der Erfindung wird das rostfreie gewebte Drahtgewebe, ein organisches Fasergewebeerzeugnis oder Metallfolie als Element zur Verhinderung von Streuung eingesetzt anstelle von rostfreier Wolle, welche in einem herkömmlichen Schalldämpfer verwendet wird und die kristalline Aluminiumfasermatte mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit und Wärmeisolierungseigenschaft wird als Teil des Schall absorbierenden Materials herum gewickelt.
Damit wird die thermische Leitung der Glasfasermatte, welche ebenfalls als ein Teil des Schall absorbierenden Materials herum gewickelt ist überwacht und somit die Verschlechterung der Glasfasermatte aufgrund der Einwirkung von Abgas verhindert. Ebenso kann die Streuung des Schall absorbierenden Materials aufgrund des Pulsierverhaltens des Abgases vermieden werden durch das Element zur Verhinderung der Streuung. Weiterhin wird, da der Inhalt der granulierten Substanz mit weniger als 44 μm auf maximal 10 Gew.-% beschränkt ist, die Bewegung der Materiallage im Inneren der kristallinen Aluminiumfasermatte durch Schwingungen verhindert werden.
(b) Die kristalline Aluminiumfasermatte ist in der Schallabsorbierungsfähigkeit ausgezeichnet im Verhältnis zu der rostfreien Wolle, sodass der Schalldämpfer kompakter aufgebaut werden kann.
(c) Um die thermischen Ausdehnungsunterschiede zu mindern, die zwischen dem Metallrohr und der Metallschale auftreten, falls das rostfreie gewebte Drahtgewebe als Element zur Verhinderung der Streuung eingesetzt wird, anstelle der rostfreien Dichtung wie sie in herkömmlichen Schalldämpfern verwendet wird, wird ein Ende des rostfreien gewebten Drahtgewebes zumindest in einem Bogen gefaltet und in die Lücke zwischen dem Metallrohr und der Metallschale positioniert, womit Wölbungen aufgrund von Komprimierungen des Metallrohres durch thermische Expansionsdifferenzen, Abschälungen von Schweißbereichen u. ä. vermieden werden können und somit der Schritt der vorausgehenden Schweißung der Dichtung auf die Metallschale, wie bei der herkömmlichen Technologie, nutzlos ist und der Schalldämpfer damit kostengünstiger und einfacher zusammenbaubar ist.

Entsprechend der Erfindung können somit Schalldämpfer für Verbrennungskraftmotoren bereit gestellt werden, insbesondere Automotoren, mit einer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit hinsichtlich der Schallstreuung, sogar wenn sie hohen Abgas temperaturen ausgesetzt sind, wobei sie in der Lage sind, einen hohen Schallabsorbtionskoeffizienten über eine lange Zeit beizubehalten.

Claims

Schalldämpfer für eine interne Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Metallrohr mit einer Vielzahl von kleinen Löchern, ein anorganisches Schall absorbierenden Fasermaterial, welches an einem äußeren Umfang desselben angeordnet ist und eine Metallschale, welche eine Außenseite des Schall absorbierenden Materials abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element zur Vermeidung von Streuung zwischen dem Metallrohr und dem Schall absorbierenden Material angeordnet ist, und das Schall absorbierende Material eine Schichtstruktur aufweist, dass eine Matte aus kristalliner Aluminiumoxid-Faser, welche nicht mehr als 10 Gew-% gekörnte Substanz enthält, nicht kleiner als 44 μm, eine durchschnittliche Fasergröße von 3,5–10 μm aufweist, an einem äußeren Umfang des Elementes zur Vermeidung von Streuung mit einer Fülldichte von 0,05–0,30 g/cm³ angeordnet ist, und dass eine Glasfasermatte an einem äußeren Umfang der Matte aus kristallinem Aluminiumoxid mit einer Fülldichte von 0,10–0,30 g/cm³ geschichtet ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, worin das Element zur Vermeidung von Streuung ausgewählt ist aus einem rostfreien gewebten Drahtgewebe, einem gewebten Erzeugnis anorganischer Faser und einer Metallfolie.
Schalldämpfer nach Anspruch 2, worin das rostfreie gewebte Drahtgewebe einen Drahtdurchmesser von 0,1–1 mm aufweist und ein Netz aus 5–100 Maschen.
Schalldämpfer nach Anspruch 3, worin ein Ende des rostfreien gewebten Drahtgewebes entweder mit dem Metallrohr oder mit der Metallschale verbunden ist oder sowohl in der Nähe von entweder einem Öffnungsbereich an beiden Enden der Metallschale, und das andere Ende davon ist mit zumindest einer Biegung gefaltet und in einem Zwischenraum zwischen dem Metallrohr und der Metallschale in der Nähe des anderen Öffnungsbereichs der Metallschale zwischen gelegt.
Schalldämpfer nach Anspruch 2, worin das anorganische gewebte Fasererzeugnis als das Element zur Vermeidung von Streuung ein gewebtes Erzeugnis aus anorganischer Faser ist, welches ausgewählt ist aus keramischer Faser, Aluminiumoxid-Faser und Silikat-Faser mit einem Faserdurchmesser von 3–100 μm.
Schalldämpfer nach Anspruch 2, worin die Metallfolie als das Element zur Vermeidung von Streuung eine rostfreie oder Aluminiumoxid-Folie ist mit einer Oberflächendichte von 0,05– 0,27 kg/m².