EP0802308B1

EP0802308B1 - Schalldämpfer

Info

Publication number: EP0802308B1
Application number: EP97105824A
Authority: EP
Inventors: Frieder Kunz; Thomas Olszok
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2001-03-21
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: DE59703160D1; EP0802308A1; DE29607010U1

Description

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer mit einem Gehäuse und einem das Gehäuseinnere durchquerenden gasführenden Rohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Schalldämpfer für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren sind bekannt. Sie haben die Aufgabe, den mit den Abgasen den Motor verlassenden Lärm auf ein für die Umwelt verträgliches Maß zu reduzieren. Sie bedienen sich dabei der physikalischen Grundprinzipien Absorption, Reflexion und Interferenz.

Es ist das Bestreben jedes Entwicklers von Schalldämpfern, die schalldämpfende Wirkung mit einem möglichst geringen Aufwand an Material und Raumbedarf zu verwirklichen. Das größte Problem machen dabei die tieffrequenten Anteile des Lärms, da nach den Gesetzen der Physik die benötigten Volumina mit abnehmender Frequenz zunehmen.

Aus der EP-A 0 274 659 ist ein Schalldämpfer bekannt, der ein Gehäuse, ein das Gehäuseinnere durchquerendes, gasführendes Rohr und in diesem Rohr akustisch wirksame Öffnungen besitzt. Eine erste Öffnung wird gebildet durch einen Durchbruch für ein Resonatorrohr, von dem ein kleiner Abschnitt in das Innere des gasführenden Rohrs ragt und ein großer Abschnitt im wesentlichen über dem Durchbruch befestigt ist. Ein Teil des Gehäuseinneren ist mit schallabsorbierendem Material gefüllt. Die zweite Öffnung wird gebildet durch eine Perforation des gasführenden Rohrs im Bereich des schallabsorbierenden Materials.

Aufgrund dieser Bauform werden in diesem Schalldämpfer lediglich die physikalischen Prinzipien Absorption und Reflexion schalldämpfend wirksam. Da der Resonator völlig ungedämpft ist, ist seine Frequenzkurve sehr schmalbandig, was die schalldämpfende Wirkung auf einen sehr schmalen Frequenzbereich reduziert. Das ist unbefriedigend.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art anzugeben, der bei geringem Material- und Platzbedarf eine breitbandige Reduzierung des Störschalls ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs.

Die überraschend gute Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Schalldämpfers beruht darauf, dass das gesamte Gehäuseinnere das Volumen und das über dem Rohrdurchbruch befestigte Rohrstück den Hals eines Helmholtz-Resonators bilden, dessen Resonanzfrequenz durch die Länge des Halses in weiten Grenzen abgestimmt werden kann, ohne dass das Gehäusevolumen geändert werden müsste. Dank des mit schallabsorbierendem Material gefüllten Gehäuseteils ist die Resonanzkurve des Helmholtz-Resonators deutlich verbreitert und die schallabsorbierende Wirkung des Helmholtz-Resonators erstreckt sich über einen entsprechend breiten Frequenzbereich.

Gleichzeitig bildet das Gehäuseinnere in Verbindung mit der Perforation im gasführenden Rohr einen Lambda-Viertel-Resonator, der bei höheren Frequenzen schallreduzierend wirkt. Durch die Positionierung der Perforation im Bereich des schallabsorbierenden Materials wird ebenfalls eine Verbreiterung der Resonanzkurve bewirkt.

Ebenfalls schallreduzierend wirkt die Tatsache, dass die akustischen Wellen im Inneren des Schalldämpfers auf zwei unterschiedlich langen Wegen vom Eingang zum Ausgang gelangen, nämlich zum einen auf dem direkten Weg durch das gasführende Rohr, zum anderen auf einem Umweg durch das Gehäuseinnere. Die Frequenzen, bei denen durch Interferenz eine Reduzierung bzw. Auslöschung des Störschalls stattfindet, werden bei geschickter Dimensionierung so gelegt, dass der Schalldämpfer insgesamt eine breitbandige Wirkung von den tiefsten bis zu den hohen Frequenzen aufweist.

Die Ausgestaltung des den Hals des Helmholtz-Resonators bildenden Rohrstücks als Halbrohr ergibt bei minimalen Materialaufwand eine maximal stabile Konstruktion. Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer als Prinzipdarstellung und
Fig. 2: das Durchgangsdämmaß eines Schalldämpfers nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Frequenz.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalldämpfer besteht aus einem Gehäuse 1 herkömmlicher Bauart. Das Gehäuseinnere 2 durchquert ein gasführendes Rohr 3. Ein Endbereich des Gehäuseinneren 2 ist mit schallabsorbierendem Material 7 gefüllt, das durch eine perforierte Wand 8 in Position gehalten wird.

Das gasführende Rohr 3 ist mit zwei akustisch wirksamen Öffnungen versehen. Die eine Öffnung ist ein Durchbruch 4, der sich in dem leeren Teil des Gehäuseinneren 2 befindet. Über den Durchbruch 4 ist ein Rohrstück 5 in Form eines Halbrohrs auf dem gasführenden Rohr 3 liegend befestigt. Das Rohrstück 5 wirkt als Hals, das Gehäuseinnere 2 als Volumen eines Helmholtz-Resonators, wobei das schallabsorbierende Material 7 eine Verbreiterung der Resonanzkurve bewirkt.

In dem mit schallabsorbierendem Material 7 gefüllten Bereich des Gehäuseinneren 2 befindet sich die zweite akustisch wirksame Öffnung in Form einer Perforation 6. Das Gehäuseinnere 2 in Verbindung mit der Perforation 6 bildet einen Lambda-Viertel-Resonator, dessen Resonanzfrequenz durch die Länge des Gehäuses 1 bestimmt ist. Die Resonanzkurve des Lambda-Viertel-Resonators wird wiederum durch das schallabsorbierende Material 7 bedämpft und in gewünschter Weise verbreitert. Dank der Anordnung des schallabsorbierenden Materials 7 direkt über der Perforation 6, d. h. am Ort der größten Schallschnelle, ist die Verbreiterung der Resonanzkurve maximal.

Des weiteren erreicht - vom Eingang des Schalldämpfers kommend - der Störschall auf zwei unterschiedlichen Wegen den Ausgang des Schalldämpfers. Ein Teil des Störschalls nimmt den direkten Weg durch das gasführende Rohr 3, ein anderer Teil nimmt den Umweg vom Durchbruch 4 durch das Gehäuseinnere 2 zur Perforation 6. Es kommt daher zu Interferenzen, deren Frequenzen durch die Wegedifferenz definiert sind. Auch hierbei bewirkt das schallabsorbierende Material 7 eine Verbreiterung der Interferenzkurve.

Fig. 2 zeigt das Durchgangsdämmaß A in Abhängigkeit von der Frequenz f für einen Schalldämpfer gemäß Fig. 1, dessen Volumen ca. 9 l betrug, wobei etwa 20 % des Gehäuseinneren mit schallabsorbierendem Material gefüllt waren. Die schalldämpfende Wirkung beginnt schon bei wenigen Hertz und erstreckt sich von wenigen Resonanzeinbrüchen abgesehen bis über 600 Hz. Damit ist der gesamte für die tieffrequente Akustik wichtige Bereich abgedeckt. In Fahrzeugversuchen wurde die außerordentliche Wirkungsweise des Systems mit einer Verbesserung gegenüber einfachen Absorptionsschalldämpfern von bis zu 10 dB(A) bewiesen.

Claims

Schalldämpfer mit einem Gehäuse (1), einem das Gehäuseinnere (2) durchquerenden, gasführenden Rohr (3) und mit akustisch wirksamen Öffnungen (4, 6) im Rohr (3), wobei die erste Öffnung ein Durchbruch (4) ist, über dem ein Rohrstück (5) befestigt ist, wobei ein Teil des Gehäuseinneren (2) mit schallabsorbierendem Material (7) gefüllt ist und wobei im Bereich des schallabsorbierenden Materials (7) als zweite Öffnung eine Perforation (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (5) als Halbrohr ausgebildet und auf dem Gasrohr (3) liegend befestigt ist, dass das schallabsorbierende Material (7) durch eine perforierte Wand (8) gehalten ist, dass das Gehäuseinnere (2) akustisch aus zwei durch die perforierte Wand (8) verbundenen Teilen besteht und dass die beiden akustisch wirksamen Öffnungen (4, 6) jeweils einem Teil zugeordnet sind.