EP1524415A1

EP1524415A1 - Abgasschalldämpfer

Info

Publication number: EP1524415A1
Application number: EP03023302A
Authority: EP
Inventors: Erik Trefzger; Thomas Moll; Robert Jedlitschka
Original assignee: Zeuna Starker GmbH and Co KG
Current assignee: Arvin Industries Deutschland GmbH
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-04-20
Also published as: WO2005038202A1

Abstract

Ein Abgasschalldämpfer, insbesondere Mittelschalldämpfer, für ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (1), welches mindestens eine an den Abgasstrom (A) angekoppelte Funktionskammer (7) umschließt, sowie einen zuströmseitigen und einen abströmseitigen Anschlußstutzen (16; 18), weist folgende Merkmale auf: Der zuströmseitige und der abströmseitige Anschlußstutzen (16; 18) sind durch die Enden eines einstükkigen, den Schalldämpfer durchgehend durchsetzenden Rohres (4, 4', 4") gebildet, welches zumindest auf einen Teil seiner Länge von mindestens einer Funktionskammer (7) vollständig umgeben und über eine Perforation an diese angekoppelt ist; die Perforation umfaßt mindestens einen von einer ggfs. zusätzlich vorgesehenen üblichen Lochung (9) abgesetzten Perforationsring (10) mit einer umlaufenden Abfolge von Durchbrüchen (11), die in einer auf der Achse (12) des Rohres (4) senkrecht stehenden Ebene (13) angeordnet sind; im Bereich des Perforationsringes (10) weist das Rohr eine umlaufende, als Aufweitung (14) oder Einschnürung ausgeführte Querschnittsänderung (15) auf. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer, insbesondere Mittelschalldämpfer, für ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, welches mindestens eine an den Abgasstrom angekoppelte Funktionskammer umschließt, sowie einen zuströmseitigen und einen abströmseitigen Anschlußstutzen, die der Verbindung des Schalldämpfers mit einem vorgeschalteten bzw. einem nachgeschalteten Abgasrohr dienen.

Derartige Abgasschalldämpfer sind seit langem in verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Je nach dem der Schalldämpfung zugrundeliegenden Funktionsprinzip wird dabei unterschieden zwischen Absorptionsschalldämpfern einerseits und Reflexionsschalldämpfern andererseits, wobei vielfach innerhalb eines einzigen Schalldämpfers beide Funktionsprinzipien in gesonderten Funktionskammern vereinigt sind.

Vor dem Hintergrund eines steigenden Umweltbewußtseins und dem hiermit verbundenen Bestreben, den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu minimieren, besteht eine den gesamten Automobilbau durchziehende Zielsetzung in der Gewichtsreduktion. Diese Zielsetzung betrifft nicht nur die Karosserie; vielmehr sind sämtliche Komponenten eines Kraftfahrzeugs so leicht auszuführen, wie dies ohne Beeinträchtigung der Funktion, Sicherheit, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit möglich ist.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abgasschalldämpfer der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, der ohne Beeinträchtigung seiner übrigen Eigenschaften besonders leicht ausgeführt werden kann und sich zudem zu vergleichsweise geringen Kosten herstellen läßt.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem ein Abgasschalldämpfer des eingangs spezifizierten Aufbaus in Kombination miteinander die folgenden Merkmale aufweist:

Der zuströmseitige und der abströmseitige Anschlußstutzen sind gebildet durch die Enden eines einstückigen, den Schalldämpfer durchgehend durchsetzenden Rohres, welches zumindest auf einen Teil seiner Länge von mindestens einer Funktionskammer vollständig umgeben und über eine Perforation an diese angekoppelt ist;
die Perforation umfaßt mindestens einen von einer ggf. zusätzlich vorgesehenen üblichen Lochung abgesetzten Perforationsring mit einer umlaufenden Abfolge von Durchbrüchen, die in einer auf der Achse des Rohres senkrecht stehenden Ebene angeordnet sind;
im Bereich des Perforationsringes weist das Rohr eine umlaufende, als Aufweitung oder Einschnürung ausgeführte Querschnittsänderung auf.

Ein grundlegender Aspekt des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden technischen Konzepts ist somit, daß der Abgasschalldämpfer ein durchgehendes Rohr umfaßt, welches sich von dem zuströmseitigen Anschlußstutzen bis zu dem abströmseitigen Anschlußstutzen erstreckt.

Das entsprechende Rohr kann dabei als das maßgebliche tragende Teil des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers ausgeführt werden. Das Gehäuse des Abgasschalldämpfers ist somit für dessen Statik nur noch von untergeordneter Bedeutung. Es läßt sich somit besonders dünnwandig und auf diese Weise besonders leicht ausführen. Hierbei kommt wiederum in besonders günstiger Weise zum Tragen, daß die spezifische Ausführung des Rohres mit mindestens einem im Bereich einer Querschnittsänderung angeordneten Perforationsring die durch mögliche Wärmespannungen auf das Gehäuse wirkenden Kräfte begrenzt, was wiederum seinerseits die Herstellung des Gehäuses aus einem besonders dünnwandigen Material, ohne daß die Statik des Abgasschalldämpfers darunter leidet, begünstigt. Gegenüber bekannten gattungsgemäßen Abgasschalldämpfern kann sich derjenige nach der vorliegenden Erfindung sogar noch durch eine gesteigerte Dauerhaltbarkeit auszeichnen, weil durch Verwendung des durchgehenden Innenrohres als tragendes Teil keine durch Wechselbeanspruchungen mechanisch belasteten Schweißnähte existieren. Weiterhin vorteilhaft sind bei dem erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer die äußerst geringen Herstellungskosten; denn gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Abgasschalldämpfer können mit einer minimalen Anzahl von Teilen wie auch mit einer minimalen Anzahl von Fügeschritten auskommen.

Eine erste bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers zeichnet sich dadurch aus, daß die Erstreckung der im Bereich des Perforationsringes vorgesehenen Querschnittsänderung in Längsrichtung des Rohres im wesentlichen der Abmessung der Durchbrüche in Längsrichtung des Rohres entspricht, so daß, mit anderen Worten, im Bereich des mindestens einen Perforationsringes die Durchbrüche etwa in den beiden Ebenen auslaufen, in denen auch die Aufweitung bzw. Einschnürung des Rohres ausläuft. Im Falle dieser Weiterbildung ergeben sich besonders günstige statische Verhältnisse innerhalb des Abgasschalldämpfers im Hinblick auf Biegekräfte, wie sie in den Schalldämpfer durch die beidseitig an diesen angeschlossenen Abgasrohre eingeleitet werden. Erst recht gilt dies, wenn gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung genau zwei Perforationsringe vorgesehen sind, von denen der eine im Bereich einer dem zuströmseitigen Anschlußstutzen benachbarten Aufweitung und der andere im Bereich einer dem abströmseitigen Anschlußstutzen benachbarten Aufweitung angeordnet ist. Unter der Angabe, wonach die beiden Aufweitungen benachbart jeweils einem Anschlußstutzen angeordnet sein sollen, ist dabei eine Anordnung der Aufweitungen mit einem Abstand von maximal 20% der gesamten Länge des Rohres zu dem zugeordneten Rohrende zu verstehen.

Auch und gerade für Anwendungsfälle mit besonders hohen Abgastemperaturen ist es von großem Vorteil, wenn nicht ein einziger Perforationsring der vorstehend erläuterten Art vorgesehen ist, sondern vielmehr deren zwei.

Gemäß einer wieder anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchbrüche des mindestens einen Perforationsringes länglich ausgeführt sind mit einer sich in Längsrichtung des Rohres erstreckenden langen Hauptachse. Als besonders günstig hat sich eine ovale Ausführung der Durchbrüche erwiesen, wobei das Maß der langen Hauptachse der Durchbrüche zwischen dem 1,7-fachen und dem 3,5-fachen Wert des Maßes der kurzen Hauptachse entspricht.

Infolge seiner für die Statik des Abgasschalldämpfers untergeordneten Bedeutung kann das Gehäuse des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers nicht nur aus einem besonders dünnwandigen Material hergestellt sein; vielmehr kommt in Anwendung der vorliegenden Erfindung für die Herstellung des Gehäuses auch eine besonders einfache Bauweise in Betracht. So umfaßt gemäß einer abermals anderen bevorzugten Weiterbildung das Gehäuse des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers einen Blechmantel und zwei endseitig angeordnete, ringförmige Endböden, die jeweils radial innen mit dem zugeordneten Anschlußstutzen verbunden sind. Der Blechmantel kann dabei insbesondere zylindrisch ausgeführt sein, beispielsweise indem er aus einem rechteckigen Zuschnitt gewickelt ist. Unter Verwendung von lediglich vier Bauteilen, die durch vier an gut zugänglichen Stellen angeordnete, im Betrieb nur minimal beanspruchte Schweißnähte miteinander verbunden werden, läßt sich somit in Anwendung der vorliegenden Erfindung ein leistungsfähiger und haltbarer Abgasschalldämpfer herstellen, wobei an die Herstellung der vier Bauteile ihrerseits keine hohen Anforderungen gestellt werden.

Schließlich zeichnet sich eine abermals andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß das den Abgasschalldämpfer durchgehend durchsetzende Rohr endseitig im Bereich der beiden Anschlußstutzen gegenüber seinen jeweils unmittelbar angrenzenden Querschnitten aufgeweitet ist. Die entsprechenden aufgeweiteten Bereiche dienen der Aufnahme der Enden der dem Schalldämpfer vor- und nachgeschalteten Abgasrohre, so daß sich eine besonders stabile Verbindung des Schalldämpfers mit jenen beiden Abgasrohren erreichen läßt Dies ist im Hinblick auf die statische Bedeutung des den Schalldämpfer durchgehend durchsetzenden, endseitig die Anschlußstutzen bildenden Rohres von erheblicher Bedeutung.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand dreier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Abgasschalldämpfers nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch das bei einem gegenüber Fig. 1 abgewandelten Schalldämpfer eingesetzte Rohr und
Fig. 3: das bei einem abermals gegenüber den Figuren 1 und 2 abgewandelten Abgasschalldämpfer eingesetzte Rohr, ebenfalls im Längsschnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Abgasschalldämpfer umfaßt ein Gehäuse 1, welches sich aus einem zylindrischen Mantel 2 und zwei Endböden 3 zusammensetzt, sowie ein den Schalldämpfer durchgehend durchsetzendes Rohr 4. Der Mantel 2 des Gehäuses 1 ist aus einem ebenen Blechzuschnitt gewickelt; er ist mit den beiden Endböden 3 über jeweils eine Schweißnaht 5 verbunden.

In dem durch den Mantel 2 sowie die beiden Endböden 3 des Gehäuses 1 einerseits und das Rohr 4 andererseits begrenzten Ringraum 6, welcher eine das Rohr 4 vollständig umgebende Funktionskammer 7 bildet, ist ein Schallschluckmaterial 8 aufgenommen. Der das Rohr 4 durchströmende Abgasstrom A ist an die Funktionskammer 7 über eine in dem Rohr 4 vorgesehene Perforation in Form einer üblichen auf zwei Lochfelder verteilten Lochung 9 angekoppelt.

Darüber hinaus weist das Rohr 4, abgesetzt von den beiden Lochfeldern, einen Perforationsring 10 auf. Dieser umfaßt eine umlaufende Abfolge von Durchbrüchen 11, die in einer auf der Achse 12 des Rohres 4 senkrecht stehenden Ebene 13 angeordnet sind. Im Bereich des Perforationsringes 10 weist das Rohr 4 eine umlaufende, als Aufweitung 14 ausgeführte Querschnittsänderung 15 auf.

Die Durchbrüche 11 sind oval ausgeführt. Ihre Erstrekkung in Längsrichtung des Rohres 4 entspricht recht genau der Erstreckung der Aufweitung 14 des Rohres 4 in dessen Längsrichtung.

Endseitig bildet das Rohr 4 einen zuströmseitigen Anschlußstutzen 16 für ein dem Abgasschalldämpfer vorgeschaltetes Abgasrohr 17 und einen abströmseitigen Anschlußstutzen 18 für ein dem Abgasschalldämpfer nachgeschaltetes Abgasrohr 19. Das zuströmseitige Abgasrohr ist dabei in eine endseitige Aufweitung 20 des Rohres 4 im Bereich des zuströmseitigen Anschlußstutzens 16 eingesetzt. Entsprechend ist das dem Abgasschalldämpfer nachgeschaltete Abgasrohr 19 in eine im Bereich des abströmseitigen Anschlußstutzens 18 vorgesehene Aufweitung 21 des Rohres 4 eingesetzt. Die beiden Endböden 3 sind mit dem Rohr 4 im Bereich des zuströmseitigen Anschlußstutzens 16 bzw. des abströmseitigen Anschlußstutzens 18 mittels jeweils einer umlaufenden Schweißnaht 22 fest verbunden.

Fig. 2 zeigt ein Rohr 4', wie es alternativ zu dem in Fig. 1 dargestellten Rohr 4 im Rahmen eines im übrigen dem Schalldämpfer nach Fig. 1 entsprechenden Schalldämpfers eingesetzt werden kann. Das in Fig. 4 gezeigte Rohr 4' unterscheidet sich von dem Rohr 4 gemäß Fig. 1 allein dadurch, daß es nicht einen Perforationsring aufweist, sondern vielmehr zwei Perforationsringe 10. Deren Ausführung entspricht indessen derjenigen des weiter oben erläuterten Perforationsringes, wie in Fig. 1 dargestellt. Die übliche Lochung 9, über welche der das Rohr 4' durchströmende Abgasstrom A an die dieses umgebende Funktionskammer angekoppelt wird, verteilt sich im Falle des Rohres 4' auf insgesamt drei Lochfelder, die jeweils von den Perforationsringen 10 abgesetzt sind.

Fig. 3 veranschaulicht die Situation im Falle der Anordnung der beiden Perforationsringe 10 in einem Rohr 4" benachbart dem zuströmseitigen Anschlußstutzen 16 sowie dem abströmseitigen Anschlußstutzen 18. Die von den Perforationsringen 10 abgesetzte übliche Lochung 9 erstreckt sich auf ein einziges Lochfeld, welches zwischen den beiden Perforationsringen 10 angeordnet ist.

Claims

Abgasschalldämpfer, insbesondere Mittelschalldämpfer, für ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (1), welches mindestens eine an den Abgasstrom (A) angekoppelte Funktionskammer (7) umschließt, sowie einen zuströmseitigen und einen abströmseitigen Anschlußstutzen (16; 18), die der Verbindung des Schalldämpfers mit einem vorgeschalteten bzw. einem nachgeschalteten Abgasrohr (17; 19) dienen, mit den folgenden Merkmalen:

Der zuströmseitige und der abströmseitige Anschlußstutzen (16; 18) sind gebildet durch die Enden eines einstückigen, den Schalldämpfer durchgehend durchsetzenden Rohres (4, 4', 4"), welches zumindest auf einen Teil seiner Länge von mindestens einer Funktionskammer (7) vollständig umgeben und über eine Perforation an diese angekoppelt ist;

die Perforation umfaßt mindestens einen von einer ggfs. zusätzlich vorgesehenen üblichen Lochung (9) abgesetzten Perforationsring (10) mit einer umlaufenden Abfolge von Durchbrüchen (11), die in einer auf der Achse (12) des Rohres (4) senkrecht stehenden Ebene (13) angeordnet sind;

im Bereich des Perforationsringes (10) weist das Rohr eine umlaufende, als Aufweitung (14) oder Einschnürung ausgeführte Querschnittsänderung (15) auf.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der im Bereich des Perforationsringes (10) vorgesehene Querschnittsänderung (15) in Längsrichtung des Rohres (4) im wesentlichen der Abmessung der Durchbrüche (11) in Längsrichtung des Rohres entspricht.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (11) des Perforationsringes (10) länglich ausgeführt sind mit einer sich in Längsrichtung des Rohres (4) erstreckenden langen Hauptachse.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (11) oval ausgeführt sind, wobei das Maß der langen Hauptachse zwischen dem 1,75fachen und dem 3,5fachen Wert des Maßes der kurzen Hauptachse entspricht.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß genau zwei Perforationsringe (10) vorgesehen sind, von denen der eine im Bereich einer dem zuströmseitigen Anschlußstutzen (16) benachbarten Aufweitung (14) und der andere im Bereich einer dem abströmseitigen Anschlußstutzen (18) benachbarten Aufweitung (14) angeordnet ist.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4, 4', 4") endseitig im Bereich der beiden Anschlußstutzen (16; 18) gegenüber seinen jeweils unmittelbar angrenzenden Querschnitten aufgeweitet ist.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Blechmantel (2) und zwei endseitig angeordnete, ringförmige Endböden (3) umfaßt, die jeweils radial innen mit dem zugeordneten Anschlußstutzen (16; 18) verbunden sind.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (2) zylindrisch ausgeführt ist.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (2) aus einem Blechzuschnitt gewickelt ist.