DE976032C - Schalldaempfer mit Abzweigfilter und Reihenfilter - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 24. JANUAR 1963

INTERNAT. KLASSE F 02f

E 285 Ia/ 46c«

ist als Erfinder genannt worden

Fa. J. Eberspächer, Eßlingen/Neckar

Patentanmeldung bekanntgemacht am 20. September 1951

Patenterteilung bekanntgemacht am 3. Januar 1963

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer, die mit

Abzweigfilter und Reihenfilter und mit einem durchlaufenden, aus einem Stück hergestellten, teilweise perforierten Innenrohr, das schallschluckstofffrei ist, versehen sind.

In dieser Art sind mehrkammerige Abzweigfilter und Reihenfilter bekanntgeworden, bei denen die Kammervolumina, insbesondere im Verhältnis ^{2 :} 3 ^: 4·5 gestaffelt sind und außerdem solche, bei ίο denen eine geometrische Staffelung des Filters vorliegt.

Auch ist es bekannt, die Lochreihen bzw. die Rohrabschnitte zwischen diesen Lochreihen des durchlaufenden Innenrohres im Hinblick auf die gestaffelten Kammervolumina in solchen Längen abzustimmen, daß jeder Rohrabschnitt eine andere Resonanz hat.

Bei den Schalldämpfern mit innerem, durchgehendem schallschluckstofffreiem Abgasrohr, bei denen über die Gesamtlänge desselben verteilte Perforierung in Gestalt von Längsschlitzen oder Löchern angeordnet ist, ist lediglich auf die Saugresonanzbereiche durch verschieden große Ausbildung der Kammern, also auf die Funktion als Abzweigfilter allein· Rücksicht genommen. Diese Dämpfer berücksichtigen aber nicht die Tatsache, daß unterhalb der Saugresonanz die Kammern mit den \⁷erbindungsöffnungen von Kammer zu Kammer wie normale, in Reihe geschaltete Helmholtzsche Resonatoren, also als Reihenfilter wirken.

Bekannt sind hierbei hinsichtlich der Dämpfung und Leistung folgende verschlechternde Störquellen:

Es liegen die Eigenfrequenzen der Helmholtzschen Resonatoren, gebildet aus Kammervolumen und folgendem Bodendurchbruch, sehr hoch, so daß auch die Dämpfung erst oberhalb einer hohen Eigenfrequenz beginnt. Außerdem treten bei sehr

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ungleichen Kammervolumina störende Koppelfrequenzen auf, wenn die Eigenfrequenzen der HeImholtzschen Resonatoren zu weit auseinanderliegen. Auch bilden sich in den Kammern Eigenschwingungen aus, bei denen die Dämpfung Null wird. Weiterhin wird stets das starke Geräuschecho an den inneren Böden vollständig und speziell bei den Eigenschwingungen der Kammern über die Perforation in das Abgasinnenrohr und damit auf die ίο zu dämpfende Strömung wieder rückwärts übertragen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bei den bekannten Dämpfern bereits vorgeschlagen, einen Schalldämpfer mit Abzweigfilter und Reihenfilter, to der ein durchlaufendes, aus einem Stück hergestelltes, teilweise perforiertes, schallschluckstofffreies Innenrohr besitzt, so auszubilden, daß die Staffelung des Reihenfilters im Verhältnis 2:3 :4,5 geschieht und weiterhin ein zwischen zwei Kammern befindlicher, perforationsfreier Rohrabschnitt, der zwischen den perforierten, längeren Rohrabschnitten des Innenrohres liegt, vorgesehen wird, wobei die Länge dieses perforationsfreien Rohrabschnittes gleich oder größer als der Rohrinnendurchmesser ist.

Um nun die Kammereigenschwingung und das Bodenecho gleichzeitig weitgehender Absenkung der Helmholtzeigenresonanz völlig auszuschalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Länge mindestens eines nichtperforierten Rohrabschnittes etwa halb so groß zu machen wie die Länge der vorhergehenden Kammer. Durch diese Maßnahme wird dann immer die Kammerresonanz durch die Rohrsperr-Resonanz gedämpft, da die Kammer mit der halben Wellenlänge schwingt, das Rohr aber mit einer Viertelwellenlänge sperrt.

In bezug auf die Staffelung des Reihenfilters, d. h. seine Kammerlängen, ist aus fertigungstechnischen Gründen eine Toleranz der Staffelung von etwa 10% nötig. Hierin liegen auch die der Erfindung zugrunde liegenden akustischen wirksamen Effekte.

Der Erfindungsgedanke wird wie folgt begründet: Zur Senkung der Eigenfrequenz der HeImholtzschen Resonatoren wird die akustische Masse, dargestellt durch den die Verbindungsöffnung zwischen zwei Kammern darstellenden Bodendurchbruch, dadurch vergrößert, daß die Perforation) wie schon erwähnt, nicht unmittelbar am Boden selbst, sondern erst in einem gewissen Abstand vom Boden beginnt. Ist die akustische Masse eines gewöhnlichen runden Bodendurchbruches durch den Ausdruck IjD gegeben, worin D den Lochdurchmesser in Zentimeter bedeutet, so bekommt beispielsweise durch den nichtperforierten Rohrabschnitt von der Länge / und dem Querschnitt F jetzt die akustische Masse den Wert I + 0,7 D. Es läßt sich leicht nachweisen, daß schon bei einer nichtperforierten Rohrlänge von der Länge des eigenen Durchmessers bereits bis zu 4 Phon Dämpfung zusätzlich erzielt werden.

Man wird praktisch natürlich den nichtperforierten Rohrabschnitt so groß machen, wie andererseits der übrigbleibende akustische Leitwert, gebildet aus der stehengebliebenen Perforation, nicht darunter leidet.

Weiter wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Eigenfrequenzen der Resonatoren einander anzupassen, derart, daß das Produkt von jeweils perforationsfreier Rohrlänge und davorliegender Kammerlänge annähernd konstant ist und mindestens eine Kammer, insbesondere jedoch die längste und die am Dämpferende liegende Schallschluckstoff-Füllung besitzt. Dies geschieht dadurch, daß man diese Eigenfrequenzen, gebildet aus Volumen V einer Kammer, mit nachfolgendem nichtperforiertem Rohrabschnitt I entweder etwa gleichmacht oder nach einer geometrischen Reihe staffelt. In beiden Fällen treten dann keine störenden Koppelfrequenzen auf. Wichtig für die Berechnung ist dann lediglich das Produkt V · I. Vorausgesetzt, daß die Fläche F = const., was bei Dämpfern mit glattem Durchgang der Fall ist. Ist für alle Resonatoren aber V · I = const., dann sind auch sämtliche Eigenfrequenzen gleich. Will man dagegen eine geometrische Reihe anwenden, dann muß sich das Produkt V · I beispielsweise wie folgt verhalten:

F₁ · I₁ : F₂ · I₂ : V₃ · I₃ — 1 : 1,42 :2.

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme besteht nun darin, in den beschriebenen abgestimmten Dämpfern mit glattem Durchgang zusätzlich Schallschluckstoff zu verwenden. Hierbei wird der Schallschluckstoff entweder unmittelbar auf die Perforation oder aber in einem bestimmten Abstand als Hülse um die Perforation gelegt, während das übrige Kammervolumen frei von Schallschluckstoff bleiben kann. Im letzteren Falle wird dann die Schallschluckstoffhülse weder von Rußteilchen noch von Verbrennungsprodukten oder öl usw. getroffen. Wichtig ist hierbei, daß in beiden Fällen die Schallschluckstoffhülle erfindungsgemäß von einem für die tiefen Frequenzen durchlässigen perforierten Blech abgedeckt ist,

Eine weitere Verbesserung der Dämpfung, die darin besteht, die Kammerresonanz im hohen Frequenzgebiet abzudämpfen, wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß für die tiefen Frequenzen allseitig durchlässige Schallschluckstoffpatronen unmittelbar über den Stellen der Perforation angebracht werden.

Da die Schalldämpfung mittels Schallschluckstoffes mit zunehmender Länge der Schallschluckstoffhülle zunimmt, wird die Schallschluckstoffhülle selbst erfindungsgemäß in der längsten Dämpfungskammer untergebracht, wobei diese Dämpferkammer am Dämpferende liegen soll, damit gleichzeitig zusammen mit dem stets langen Auslauf rohr erstens ein tief abgestimmter Helmholtzscher Resonator zustande kommt, dessen Dämpfung besonders intensiv ist, zweitens die immer an der Perforation zusätzlich entstehenden Strömungsgeräusche am Ende des Dämpfers geschluckt werden.

Für den erfindungsgemäß angeordneten Schall- 1S5 schluckstoff selbst wird beispielsweise langsfasrige,

geschmeidige und temperaturfeste Mineralwolle, insbesondere Basaltwolle gewählt. In besonderen Fällen kann man aber auch korrosionsfeste, d. h. oberflächenbehandelte Metallwolle (gebonderte oder brünierte Stahlwolle) verwenden.

Die erfindungsgemäße Perforation der Rohre wird zweckmäßigerweise nicht rechteckig ausgeführt, sondern die Schlitzbegrenzungen verlaufen an ihren Enden in halbkreisförmigen, ellipsenförmigen oder in ähnlichen abgerundeten Raumkurvenformen. Durch eine derartige Formgebung werden Strömungsgeräusche vermieden.

Da der erfindungsgemäße Schalldämpfer infolge des fehlenden Überdruckes an seinen Abschlußboden nicht dicht ausgebildet zu sein braucht, besteht in erfindungsgemäßer Weise die Möglichkeit, die Abschlußböden an den Enden durch Bördelung, durch Sicken, durch Einziehen oder ähnliche bekannte Maßnahmen zu haltern, so daß das kostspielige Einschweißen der Böden vermieden wird.

Beispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt:

Die Fig. 1 bis 4 zeigen Ausführungsarten im Längsschnitt durch den Schalldämpfer. Innerhalb des Schalldämpfermantels 1 befindet sich das durchlaufende, teilweise perforierte Innenrohr 2. Die Zwischenboden 3 und 4 teilen den Innenraum in die Kammern 7, 8 und 9 auf, wobei die nichtperforierten Rohrabschnitte 10, 11 und 12 des Rohres 2 an den Stellen der Zwischenboden 3 und 4 bzw. am Abschlußboden angebracht sind.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt die Maßnahme der geometrischen Staffelung unter den Kammern 7, 8, 9 und für die nichtperforierten Rohrabschnitte 10, 11 und 12. Hier verhalten sich sowohl die Kammerlängen (J₁, S₂, J₃) als auch die nichtperforierten Rohrabschnitte (I₁, I₂, l_s) und damit auch die Produkte J · / zueinander wie die im Text erwähnte geometrische Reihe. Außerdem ist die nichtperforierte Rohrlänge erfindungsgemäß jeweils gleich der halben vorhergehenden Kammerlänge.
Fig. 2 zeigt den Fall, wo die Eigenfrequenzen für jeden Resonator untereinander gleich sind, denn es ist hier die Länge der Kammer 13 multipliziert mit der Länge des nichtperforierten Rohrabschnittes 16 gleich den entsprechenden übrigen Produkten der folgenden Resonatoren, d. h. zur großen Kammer gehört jeweils die darauffolgende, kurze, nichtperforierte Rohrlänge und umgekehrt, nämlich 14 zu 17 und 15 zu 18. In allen Fällen ist deutlich zu erkennen, daß außerdem das Schallecho an den Zwischenwänden nicht mehr auf die innere Abgasströmung übertragen werden kann.

Weiterhin zeigt Fig. 3 den Fall, wo zusätzlich Schallschluckstoff 19 in der langen Endkammer 20 in Gestalt einer Hülse untergebracht ist, wobei perforierte Bleche 21 und 22 in einem bestimmten Abstand von der perforierten Rohrwand 23 die Schallschluckstoffhülle abdecken.

Außerdem zeigt Fig. 3 eine Schallschluckstoffpatrone 24, die mit perforierten Blechen 25 und abgedeckt ist und sich unmittelbar über dem perforierten Rohrabschnitt 27 befindet.

Schließlich zeigt Fig. 4 noch weitere Möglichkeiten, Schallschluckstoffschichten 28, 29 und 30 an der Dämpferwand 31, am Innenmantel 1 oder unmittelbar auf der Perforation 33 unterzubringen. Man kann die erwähnten Dämpfer natürlich auch so ausbilden, daß sich der glatte Durchgang nur über einen Teil des Dämpfers erstreckt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schalldämpfer mit Abzweigfilter und bezüglich der Länge der Filterkammern im Verhältnis 2:3: 4,5 in beliebiger Reihenfolge gestaffeltem Reihenfilter mit durchlaufendem, aus einem Stück hergestelltem, teilweise perforiertem, schluckstofffreiem Innenrohr, dessen perforationsfreie Rohrabschnitte zwischen den Kammern angeordnet sind, wobei die Länge des perforationsfreien Rohrstückes zwischen den beiden Kammern gleich oder größer ist als der Rohrinnendurchmesser, für pulsierende Strömungen, insbesondere für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge mindestens eines nichtperforierten Rohrstückes etwa halb so groß ist wie die Länge der vorhergehenden Kammer.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, bei dem die Reihenfilter ausschließlich in beliebiger Reihenfolge gestaffelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt von jeweils perforationsfreier Rohrlänge und davorliegender Kammerlänge annähernd konstant ist und mindestens eine Kammer, insbesondere jedoch die längste und die am Dämpferende liegende Schallschluckstoff-Füllung besitzt.

3. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich Absorptionsstoff unmittelbar auf der Perforation oder in der Nähe der Perforation, lediglich als für die tiefen Frequenzen durchlässige, und für die hohen Frequenzen absorbierende Hülle entlang des perforierten Innenrohres selbst in _veinem bestimmten Abstand davon erstreckt.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die tiefen Frequenzen zusätzlich allseitig durchlässige Schallabsorptionspatronen unmittelbar über den Stellen des perforierten Abgasinnenrohres angebracht sind.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schallschluckstoff langfasrige und geschmeidige, temperatur- und korrosionsfeste Wolle in Gestalt von oberfiächenbehandelter Metallwolle verwendet wird.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallschluckstoff aus Mineralwolle besteht.

7· Schalldämpfer /nach Anspruch ι oder 2 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforation der Rohre in der Weise ausgeführt ist, daß die an den Enden der Schlitze vorgesehenen Begrenzungen halbkreisförmig, ellipsenförmig oder in ähnlicher Räumkurvenform gestaltet sind. ■ ·

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8. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe an seinen Abschlußböden undicht ausgebildet ist und die Abschlußböden an den Enden durch Bördelung, durch Sicken, durch Einziehen oder ähnliche bekannte Maßnahmen gehaltert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 732345, 732733; schweizerische Patentschrift Nr. 258948;

französische Patentschrift Nr. 809 206;

USA.-Patentschrift Nr. 2 527 052;

VDI-Zeitschrift, Bd. 81 (1937), Nr. 26, S. 770 bis 776;

MTZ, 1940, S. 377 bis 384; 1941, S. 11 bis 16;

Kauf f mann-Schmidt, »Schalldämpfer für Automobilmotoren«, Verlag Krayn, Berlin, 1932, S. 80.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 760 362.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209762/5 1.63