EP1607614A1 - Schalldämpfer - Google Patents

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EP1607614A1
EP1607614A1 EP05004561A EP05004561A EP1607614A1 EP 1607614 A1 EP1607614 A1 EP 1607614A1 EP 05004561 A EP05004561 A EP 05004561A EP 05004561 A EP05004561 A EP 05004561A EP 1607614 A1 EP1607614 A1 EP 1607614A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
silencer according
inner part
silencer
openings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05004561A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Seyler
Hans-Joachim Dr. Löwe
Joachim Dr. Von Der Hagen
Helmut Stönner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veritas AG
BorgWarner Inc
Original Assignee
Veritas AG
BorgWarner Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veritas AG, BorgWarner Inc filed Critical Veritas AG
Publication of EP1607614A1 publication Critical patent/EP1607614A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/104—Intake manifolds
    • F02M35/116—Intake manifolds for engines with cylinders in V-arrangement or arranged oppositely relative to the main shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10091—Air intakes; Induction systems characterised by details of intake ducts: shapes; connections; arrangements
    • F02M35/10137—Flexible ducts, e.g. bellows or hoses
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    • F02M35/1205—Flow throttling or guiding
    • F02M35/1216—Flow throttling or guiding by using a plurality of holes, slits, protrusions, perforations, ribs or the like; Surface structures; Turbulence generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M35/1255—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1266—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance comprising multiple chambers or compartments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M35/1272—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using absorbing, damping, insulating or reflecting materials, e.g. porous foams, fibres, rubbers, fabrics, coatings or membranes
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1277—Reinforcement of walls, e.g. with ribs or laminates; Walls having air gaps or additional sound damping layers

Definitions

  • the invention relates to a muffler with an inner part and a Inner part surrounding outer part, the inner part having an apertured Inner wall and the outer part extending along the inner wall Outside wall forms.
  • a silencer of this type is known from DE 195 04 223 A1.
  • Silencers are used in the intake system of engines, such as motor vehicles. used to reduce noise emissions.
  • DE-OS 34 31 078 proposes this Purpose a silencer, which consists essentially of an intake pipe, which is made in sections of a sound-absorbing porous material, wherein the intake pipe in this section surrounded by a perforated metal tube is.
  • the muffler described above is not sufficient for the risen, to the Damping requirements.
  • the damping is problematic the noise of engines equipped with exhaust gas turbocharger systems are.
  • pulsation noises occur in such supercharger systems, by the smallest geometric irregularities of a compressor wheel of the turbocharger be generated.
  • These pulsation noises occur in proportion to the rotation frequency of the exhaust gas turbocharger.
  • the thereby excited frequency band is due to the large Operating speed range very large. Therefore, a particularly broadband sound attenuation required to achieve a general reduction in noise emission.
  • the perforated tube to use as an intake pipe, that of a cylinder with a closed plane Surface is surrounded. Between the inside arranged perforated intake pipe and the cylinder concentrically surrounding the intake pipe is a wider continuous one Annular gap formed. The openings provided in the perforated intake pipe are in Arranged portion of this annular gap, so that the annular gap with the interior of the intake pipe can communicate.
  • the improved damping properties of this Silencer based on the allowed through the openings in the intake manifold Air mass exchange and pressure equalization with the annular gap, wherein the annular gap forming cylinder prevents pressure losses as well as a further reduction of the noise emission causes.
  • the degree of damping is also this muffler not sufficient to have a broad band reduction in noise level to reach charged engines.
  • DE 196 38 304 A1 discloses a muffler, in particular for engines with Turbochargers is designed.
  • This silencer has a arranged in the flow channel Chamber on, with several parallel and spaced annular apertures is provided. Between two adjacent ring diaphragms is in each case a resonance space formed, which leads to a sound reduction in a certain frequency range leads.
  • a disadvantage of this muffler is that the panels have edges, over which the flow path of the gas leads. The flow resistance caused by these edges Affects the efficiency of the supercharger system. Besides that is the insertion of the panels in the muffler chamber manufacturing technically complex and accordingly costly.
  • damping systems are available and used in engines in which several different damper elements are arranged in series, for different Frequency bands are designed. But such damper systems require a overly large space.
  • the invention has for its object to provide a muffler, in particular with regard to that described in the aforementioned application Silencer, has optimized sound damping properties.
  • the inner part and the outer part of the muffler are according to the invention carried out further sound-absorbing measures, which led to an optimization of the Absorption behavior of the muffler and thus to further reduce the Lead to noise emissions.
  • the outer wall and / or the inner wall made of a material having a density of at least 1.5 g / cm 3 . It has been found that at a density of at least 1.5 g / cm 3, the absorption properties of the outer wall and the inner wall are greatly improved.
  • the upper limit of the density range generally depends on the manufacturability of the material or on the economically justifiable cost.
  • the Silencer according to the invention with a device for stiffening the outer wall provided, which reduces sound-transmitting vibrations of the outer wall become. This measure also leads to a reduction of the noise emission.
  • the outer wall and / or the inner wall of a structured surface includes.
  • the advantage of the abovementioned silencer according to the invention is additionally to the above-mentioned improved properties in that the working principle a Helmholtz resonator combined with the operating principle of a ⁇ / 4 reflector so that both low-frequency and higher-frequency components are attenuated can.
  • the silencer according to the invention allows the setting of a frequency band the attenuation according to the noise to be damped in the respective Use case occur.
  • the silencer according to the invention is very inexpensive to manufacture, since no special installations such as screens or scenes required are.
  • the silencer according to the invention requires only small space, since the inner part the silencer in an anyway necessary elastomer route in the charge air tract is integrated.
  • the silencer according to the invention connects due to the bellows outer wall has the advantage of a flexible design with good damping properties.
  • the density is at least 2.0 g / cm 3 . It has been found that with a lower limit of 2.0 g / cm 3 particularly good damping properties can be achieved with comparatively low material costs.
  • the upper limit of the density range can be set to a maximum of 2.5 g / cm 3 , in particular to 2.2 g / cm 3 .
  • the outer wall or the inner wall can furthermore be made of acrylate rubber (ACM), which is a particularly resistant and environmentally resistant material.
  • ACM acrylate rubber
  • a plastic material may be used which has salts or oxides of the metals with an atomic number of at least 20, in particular of at least 50, and / or carbon black as fillers. In this way, the most suitable for the particular application density of the material can be adjusted.
  • the silencer according to the invention which has a sound-absorbing outer skin on the outer wall
  • the outer skin can furthermore have a structured surface, which reduces the sound output via the outer wall.
  • the outer skin may furthermore have a density of more than 1.5 g / cm 3 , in particular more than 2.0 g / cm 3 , which likewise improves the sound-absorbing effect of the outer skin.
  • the upper limit for the density range 2.5 g / cm 3 in particular 2.2 g / cm 3 have been found to be particularly useful.
  • Another way to improve the sound-absorbing properties of the outer skin is to form the outer skin foam-like.
  • the outer skin can mounted on the outer wall and at the ends with the outer wall be fixed.
  • This embodiment of the silencer according to the invention with the outer skin is particularly easy and inexpensive to manufacture. It can the outer skin of smooth or corrugated plastic, in particular of an elastomer, or of be made of corrugated metal. If necessary, between the outer skin and the Outside wall may be provided a seal, which may be between the outer skin and the outer wall seals existing air gap.
  • the stiffening device may comprise a mesh, in particular of metal or plastic, which is applied to the outer wall. By this mesh vibrations of the outer wall are suppressed, whereby the sound-absorbing properties of the component are further improved.
  • the stiffening device may comprise outer ring elements, which are arranged on crests of the bellows, wherein the wave crests are profiled for fixing the outer ring elements. Also by these Au- ⁇ enringiata a bondage of the surface structure of the outer wall is achieved, resulting in a further reduction of the noise emissions.
  • the stiffening device may comprise inner ring elements, which are arranged in the interior of the bellows on the wave crests, whereby the individual folds of the bellows supported and this is stiffened as a whole. In this case, the greatest possible flexibility of the bellows is maintained.
  • the bellows extends over the entire region of the inner wall provided with the openings. This ensures that the synergistic effects resulting from the combination of two active principles (Helmholtz resonator and ⁇ / 4 reflector) over the entire effective length or the entire effective range of the inner part come into play.
  • the inner part comprises a hose or a tube, each radial Have openings.
  • This embodiment provides a particularly simple and inexpensive Possibility to manufacture the silencer.
  • the inner part may also include tube segments or tube segments, respectively have radial openings.
  • the segmented inner part becomes a special good flexibility of the muffler achieved.
  • the inner part is thermally formed on the outer part. This facilitates the manufacture of the muffler, since in one operation, i. during one Heat treatment, multiple connection points or connecting surfaces between the inner part and the outer part can be produced.
  • the inner part can with also be mechanically connected to the outer part.
  • the inner part is integrated in a quick coupling. This is a particularly simple and fast connection of the muffler Connection components or connecting cables reached.
  • the outer part is flexible over the entire length of the inner part, so that the muffler completely as a flexible route in the charge air tract of a Motors use.
  • the outer wall is concentric with the Inner wall arranged. This ensures that the between the bellows and the inner wall formed cavities substantially the same shape and thus have the same volume.
  • the outer wall can also be conically shaped, whereby the void volume of the bellows in the longitudinal direction of the muffler is changed.
  • the materials of the inner part and the outer part are NBR, CR, ECO, AEM, ACM, silicone and FPM proved to be useful.
  • the inner part can also be made of plastic be prepared.
  • the outer part and / or the inner part can be a print carrier include, wherein the print carrier in the plastic version of the inner part is not required is.
  • the bellows extends in the longitudinal direction of the muffler beyond the inner part. That means a Part of the bellows directly in contact with the guided in the inner part of the gaseous medium comes.
  • the muffler shown in Figs. 1 to 3 is particularly, but not exclusively designed for use in an internal combustion engine and is as close as possible the pressure-side outlet opening of a compressor housing of an exhaust gas turbocharger arranged. Damping effect unfolds the silencer shown in Figs. 1 to 3 Of course, at other installation locations that the exhaust gas turbocharger not immediately are subordinate.
  • the muffler comprises an inner part 1, which in an outer part 2 is inserted, so that the outer part 2 surrounds the inner part 1.
  • the inner part 1 has an air inlet and an air outlet in the longitudinal direction A of the silencer as well as connection areas on which downstream or upstream components, such as charge air hoses be connected.
  • the inner part 1 is as a perforated flexible hose and the outer part 2 as bellows Hose designed so that the entire muffler flexible properties having.
  • the inner part 1 can also be made as a rigid tube.
  • the inner part 1 forms an inner wall 4, in the radial Openings 3 are provided.
  • the openings 3 are in parallel, in the circumferential direction the inner wall 4 extending rows 8 are arranged.
  • Each row 8 of openings 3 thus forms a circle whose radius corresponds to the radius of the inner wall 3, and which is arranged perpendicular to the longitudinal axis A of the muffler.
  • the Number of openings 3 per row can vary and is advantageously eight to twelve openings 3. A smaller number or a larger number of openings 3 per row 8 is also possible.
  • Figs. 1 to 3 which is the inner wall 4 surrounding Outer wall 5 is formed as a bellows 6.
  • the bellows 6 forms with the inner wall 4 individual cavities 7. These cavities 7 extend in the circumferential direction around the inner wall 4 each parallel to each other.
  • the bellows 6 is formed as a wave-shaped profiled hose, one fold 9, apart from the outer folds, of two Wellentälern and a wave mountain is limited. As can be seen in Fig. 1, therefore formed in the respective wave crests of the folds 9 cavities 7 by in Circumferential circumferential troughs delimited laterally from each other.
  • the folds 9 are in the region of the troughs on the inner wall 4 on.
  • the individual cavities 7 are therefore closed against each other.
  • each row 8 of openings 3 is a cavity 7 assigned.
  • a staggered to the crest of a fold 9 row 8 is also conceivable, provided that it is ensured that the openings 3 of the row 8 in the associated Open cavity 7.
  • the bellows is 6 along the entire perforated portion of the inner wall 4 is provided and there forms the communicating through the openings 3 with the interior of the inner part 1 Cavities 7. This ensures that the excellent damping properties over the entire effective length of the inner part 1 come to fruition.
  • the openings 3 of adjacent rows 8 in Circumferentially offset from one another, such that the opening 3 of a row 8 each is arranged centrally between two openings 3 of the respective adjacent row 8.
  • the shown number of folds 9 and rows 8 of the openings 3 is to be understood as an example. A larger or lower number, in extreme cases only a single fold 9, is possible.
  • the overall shape of the outer part 2 is substantially cylindrical in the example shown, wherein the lateral surface, so the outer wall 5, not flat, but as a bellows 6 is formed. This means that the folds 9 of the bellows 6 respectively Same diameter and due to the matching geometry also the same Have volumes.
  • the outer wall 5 conical. At a Such a configuration increases the diameter of the outer wall 5 along the Longitudinal axis A of the muffler, so that the diameter of the individual Folds 9 and thus their volumes over the muffler length increases, causing the Damping frequency range can be influenced. Due to the conical design the outer wall 5 is also the mold release of the outer part 2 in the manufacture improved.
  • the geometry and the number of folds 9 depends on the requirements with regard to damping and flexibility in the respective application. It is conceivable, for example the void volume, in particular the cavity depth, ie the distance between the inner wall 4 and the apex of a fold 9, or the radius of curvature the individual folds 9 to change.
  • the openings 3 in the inner wall 4 of the inner part 1 are in this example as radial Openings designed with a circular cross-section. Another cross-sectional shape, for example, oval openings that extend in the radial direction, is also possible. It is also possible to form the openings 3 slit-shaped, wherein a slot in the circumferential direction in a section of the inner wall 4th extends such that the slot opens into the associated cavity 7.
  • the inner part 1 of several consist of separate pipe segments or hose segments. there can each individual segment of the inner part 1 with the outer part 2 mechanically or be connected cohesively.
  • the inner part 1 can on the outer part 2 by simple or multiple vulcanizing. A mechanical fixation by clamps or rings is also possible. The fixation of the inner part 1 on the outer part 2 can take place at the two ends of the muffler or at each individual fold 9th
  • the inner part 1 can also be designed as an injection molded part, which in a quick coupling is integrated.
  • the inner part can also be made of plastic be prepared. If flexible hose materials are used, a Print carrier used. The use of the print carrier is especially in the outer part of the second appropriate. When inner part 1 can in the elastomer on the print carrier be waived. In the plastic version of the inner part 1 eliminates the print carrier.
  • the damping characteristics of the silencer described above are further improved by making the outer wall of a material having a density of at least 1.5 g / cm 3 .
  • a material having a density of about 2.0 g / cm 3 has proven particularly suitable.
  • the density may be at most 2.2 to 2.5 g / cm 3 , the upper limit of the density range being determined mainly by manufacturability and manufacturing cost. While it has been found that particularly good attenuation values can be achieved in the abovementioned range of 1.5 to 2.5 g / cm 3 , acceptable values in the tolerance range of the two range limits can also be expected.
  • the tolerance range can be, for example, ⁇ 0.5 g / cm 3 .
  • acrylate rubber As the active ingredient for the outer wall, acrylate rubber (ACM) is used in the present embodiment, and the invention is not limited to this material.
  • the desired density is set by salts or oxides of the metals with an atomic number of at least 20, in particular of at least 50, which are added to the plastic as filler.
  • carbon black can also be used as filler.
  • the inner wall is made of a material having a density of at least 1.5 g / cm 3 , in particular of at least 2.0 g / cm 3 .
  • the inner wall may have a textured surface to reduce sound emissions.
  • the structuring of the surface contributes to an improved sound absorption, whereby sound energy is absorbed and converted into heat, with the least possible reflection of the absorbing surface.
  • the surface is as large as possible and diffuse reflective, in particular porous and rough executed. This can be achieved for example by Fasem (eg by flocking) or by a foam. Due to simultaneous high internal damping, which is achieved by the use of a soft material for the inner wall, the structure-borne sound conduction between the inner and outer walls is hindered.
  • a particularly suitable for the production of the outer wall and the inner wall Material is sold by the assignee under the trade name HT ACM 185.
  • a sound-absorbing outer skin in another embodiment 10 is applied to the outer wall 5, as seen in Fig. 4.
  • Fig. 4 is to see that the outer wall 5 and the outer skin 10 form a laminate, wherein the outer skin 10 of the contour of the outer wall, so the folding profile of the bellows 6, follows.
  • the outer skin 10 is fixedly connected to the outer wall 5, wherein the outer skin 10 by extrusion, dipping or spraying on the outer wall. 5 can be applied.
  • the outer skin foam so with a certain Porosity, be formed.
  • the outer skin is made of a polymeric material and has a temperature resistance from 100 to 200 ° C, preferably above 140 ° C.
  • connection between the outer wall 5 and the outer skin 10 takes place physically, chemically or mechanically. In any case, it must be ensured that the outer skin 10 the movements of the muffler due to deflections of the connected Components and the pulsation can follow permanently.
  • the outer skin 10 may be mounted on the outer wall 5 and only at its ends be mechanically or chemically attached to the outer skin 5. Between the sound-absorbing Outer skin 10 and the outer wall 5 thus exists between the ends the outer skin 10 no firm connection.
  • the muffler according to this embodiment can therefore be produced particularly easily.
  • the sound-absorbing, separate outer skin made of a smooth or corrugated plastic or elastomer or made of corrugated metal.
  • the outer skin can 10 and the outer wall 5 may be sealed by means of sealing elements.
  • sealing elements For example, seals or a polymeric sealant are suitable.
  • FIG. 5 Another way of reducing noise emissions is in the in Fig. 5 shown embodiment achieved in that the surface of the outer wall 5 is fixed, which is done by means of outer ring members 11.
  • These outer ring elements 11th are arranged on the wave crests of the bellows 6, as shown in Fig. 5.
  • Fixation in particular axial fixation, the outer ring elements 11 are the wave crests profiled. That is, each crest has a circumferentially extending one Bulge, which serves as a receptacle for each outer ring member 11.
  • the ring member 11 is achieved stiffening of the bellows 6, whereby the Sound emission is reduced.
  • Each wave crest can be assigned an outer ring element 11. alternative also only some of the wave crests can be provided with outer ring elements 11, for example every second wave mountain.
  • inner ring elements can be provided which are not shown here. These inner ring elements are inside arranged the bellows 6 and are in contact with the inside of the Wave mountain for supporting and stiffening the bellows 6.
  • outer ring elements or inner ring elements can open steel rings with spring action or snap rings for easier installation and adjustment of the clamping forces the wave mountains are used.
  • the outer wall 5 may be made of a material having a density of at least 1.5 g / cm 3 .
  • the outer wall 5 may be provided with a sound-absorbing outer skin, which is either firmly connected to the outer wall 5 or mounted on the outer wall 5 and fixed only at the ends of the outer wall 5.
  • the outer skin 10 can either be foam-like or have a structured surface.
  • the outer wall made of a high-density material may be provided with a means for stiffening. This stiffening device may comprise either a mesh or outer ring elements and / or inner ring elements.
  • the inner wall may additionally be made of a material having a density of at least 1.5 g / cm 3 .
  • the muffler described is particularly suitable for reducing noise emissions that occur in turbocharged diesel or gasoline engines. Of course, the muffler can also be used in other areas where airborne sound is to be effectively damped.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer mit einem Innenteil und einem das Innenteil umgebenden Außenteil, wobei das Innenteil eine mit Öffnungen versehene Innenwandung und das Außenteil eine entlang der Innenwandung sich erstreckende Außenwandung bildet. Zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften sowie der Flexibilität des Schalldämpfers ist die Außenwandung als Faltenbalg ausgebildet, der mit der Innenwandung einzelne Hohlräume definiert, wobei die Öffnungen der Innenwandung in die Hohlräume münden. Ferner ist die Außenwandung aus einem Material hergestellt, das eine Dichte von mindestens beispielsweise 1,5 g/cm<3> aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalldämpfer mit einem Innenteil und einem das Innenteil umgebenden Außenteil, wobei das Innenteil eine mit Öffnungen versehene Innenwandung und das Außenteil eine entlang der Innenwandung sich erstreckende Außenwandung bildet.
Ein Schalldämpfer dieser Gattung ist aus der DE 195 04 223 A1 bekannt.
Schalldämpfer werden im Ansaugtrakt von Motoren, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, zur Senkung von Geräuschemissionen verwendet. DE-OS 34 31 078 schlägt zu diesem Zweck einen Schalldämpfer vor, der im Wesentlichen aus einem Ansaugrohr besteht, das abschnittsweise aus einem schallabsorbierenden porösen Werkstoff gefertigt ist, wobei das Ansaugrohr in diesem Abschnitt von einem perforierten Metallrohr umgeben ist. Der vorstehend beschriebene Schalldämpfer genügt nicht den gestiegenen, an den Dämpfungsgrad gestellten Anforderungen. Problematisch ist insbesondere die Dämpfung der Geräuschentwicklung von Motoren, die mit Abgasturboladersystemen ausgestattet sind. Im Betrieb kommt es bei solchen Ladersystemen zu Pulsationsgeräuschen, die durch kleinste geometrische Unregelmäßigkeiten eines Verdichterrades des Turboladers erzeugt werden. Diese Pulsationsgeräusche treten proportional zur Drehfrequenz des Abgasturboladers auf. Das dabei angeregte Frequenzband ist aufgrund des großen Betriebsdrehzahlbereiches sehr groß. Deshalb ist eine besonders breit bandige Schalldämpfung erforderlich, um eine allgemeine Absenkung der Geräuschemission zu erreichen.
In der gattungsbildenden DE 195 04 223 A1 wird vorgeschlagen, das perforierte Rohr als Ansaugrohr zu verwenden, das von einem Zylinder mit einer geschlossenen ebenen Oberfläche umgeben ist. Zwischen dem innen angeordneten perforierten Ansaugrohr und dem das Ansaugrohr konzentrisch umgebenden Zylinder ist ein breiter durchgängiger Ringspalt gebildet. Die im perforierten Ansaugrohr vorgesehenen Öffnungen sind im Bereich dieses Ringspaltes angeordnet, so dass der Ringspalt mit dem Inneren des Ansaugrohres kommunizieren kann. Die verbesserten Dämpfungseigenschaften dieses Schalldämpfers beruhen auf dem durch die Öffnungen im Ansaugrohr ermöglichten Luftmassenaustausch und Druckausgleich mit dem Ringspalt, wobei der den Ringspalt bildende Zylinder Druckverluste verhindert sowie eine weitere Senkung der Geräuschemission bewirkt. Allerdings ist der Dämpfungsgrad auch dieses Schalldämpfers nicht ausreichend, um eine breit bandige Absenkung der Geräuschemission gerade bei aufgeladenen Motoren zu erreichen.
DE 196 38 304 A1 offenbart einen Schalldämpfer, der insbesondere für Motoren mit Turboladern konzipiert ist. Dieser Schalldämpfer weist eine im Strömungskanal angeordnete Kammer auf, die mit mehreren parallel angeordneten und beabstandeten Ringblenden versehen ist. Zwischen zwei benachbarten Ringblenden ist jeweils ein Resonanzraum ausgebildet, der zu einer Schallabsenkung in einem bestimmten Frequenzbereich führt. Nachteilig an diesem Schalldämpfer ist, dass die Blenden Kanten aufweisen, über die der Strömungsweg des Gases führt. Der durch diese Kanten verursachte Strömungswiderstand beeinträchtigt den Wirkungsgrad des Ladersystems. Außerdem ist das Einsetzen der Blenden in die Schalldämpferkammer fertigungstechnisch aufwändig und dementsprechend kostenintensiv.
Überdies sind Dämpfungssysteme erhältlich und werden in Motoren benutzt, bei denen mehrere verschiedene Dämpferelemente in Reihe angeordnet sind, die für unterschiedliche Frequenzbänder ausgelegt sind. Derartige Dämpfersysteme benötigen aber einen übermäßig großen Bauraum.
In der nachveröffentlichten älteren Anmeldung DE 103 41 319.7 der Anmelderin ist ein Schalldämpfer beschrieben, der ein Innenteil und ein auf der Außenseite des Innenteils angeordnetes Außenteil umfasst, wobei das Innenteil perforiert und das Außenteil als Faltenbalg ausgebildet ist. Ein derartiger Schalldämpfer weist hervorragende, insbesondere breit bandige Schalldämpfungseigenschaften auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer zu schaffen, der, insbesondere im Hinblick auf den in der vorstehend genannten Anmeldung beschriebenen Schalldämpfer, optimierte Schalldämpfungseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 5, durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
Zusätzlich zu in den in der vorstehend genannten Anmeldung angegebenen Ausgestaltungen des Innenteils und des Außenteils des Schalldämpfers werden erfindungsgemäß weitere schallabsorbierende Maßnahmen durchgeführt, die zu einer Optimierung des Absorptionsverhaltens des Schalldämpfers und somit zu einer weiteren Reduzierung der Schallemissionen führen.
Dazu wird bei dem Schalldämpfer nach Anspruch 1 die Außenwandung und/oder die Innenwandung aus einem Material hergestellt, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3 aufweist. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Dichte von mindestens 1,5 g/cm3 die Absorptionseigenschaften der Außenwandung bzw. der Innenwandung stark verbessert werden. Die Obergrenze des Dichtebereichs richtet sich generell nach der Herstellbarkeit des Materials bzw. nach dem wirtschaftlich vertretbaren Kostenaufwand.
Alternativ wird im nebengeordneten Anspruch 5 vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer eine schallabsorbierende Außenhaut auf der Außenwandung vorzusehen. Durch diesen laminatartigen Aufbau wird das Dämpfungsverhalten des Schalldämpfers ebenfalls verbessert.
In einer im nebengeordneten Anspruch 14 angegebenen weiteren Alternative ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer mit einer Einrichtung zur Versteifung der Außenwandung versehen, wodurch Schall übertragende Schwingungen der Außenwandung reduziert werden. Auch diese Maßnahme führt zu einer Reduzierung der Schallemission.
Ferner wird eine Verbesserung der Dämpfungseigenschaften alternativ dadurch erreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer, wie im nebengeordneten Anspruch 18 angegeben, die Außenwandung und/oder die Innenwandung eine strukturierte Oberfläche umfasst.
Der Vorteil der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Schalldämpfer liegt zusätzlich zu den vorstehend erläuterten verbesserten Eigenschaften darin dass das Wirkprinzip eines Helmholtz-Resonators mit dem Wirkprinzip eines λ/4-Reflektors kombiniert wird, so dass sowohl niedrigfrequente als auch höherfrequente Anteile gedämpft werden können. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer erlaubt die Einstellung eines Frequenzbandes der Dämpfung entsprechend der zu dämpfenden Geräusche, die im jeweiligen Anwendungsfall auftreten. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer sehr preiswert herzustellen, da keine besondere Einbauten wie Blenden oder Kulissen erforderlich sind.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfers erfordert nur geringen Bauraum, da das Innenteil des Schalldämpfers in eine ohnehin notwendige Elastomerstrecke im Ladelufttrakt integriert ist. Außerdem verbindet der erfindungsgemäße Schalldämpfer aufgrund der faltenbalgartigen Außenwandung den Vorteil einer flexiblen Bauweise mit guten Dämpfungseigenschaften.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schalldämpfers mit einer Außenwandung und/oder Innenwandung aus einem Material mit hoher Dichte beträgt die Dichte mindestens 2,0 g/cm3. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Untergrenze von 2,0 g/cm3 besonders gute Dämpfungseigenschaften bei vergleichsweise niedrigen Materialkosten erzielt werden können. Die Obergrenze des Dichtebereichs kann auf maximal 2,5 g/cm3, insbesondere auf 2,2 g/cm3 eingestellt werden. Die Außenwandung bzw. die Innenwandung können femer aus Acrylat-Kautschuk (ACM) hergestellt sein, das ein besonders widerstandsfähiges und gegen Umwelteinflüsse beständiges Material ist. Ferner kann ein Kunststoffmaterial verwendet werden, das Salze oder Oxide der Metalle mit einer Ordnungszahl von mindestens 20, insbesondere von mindestens 50, und/oder Ruß als Füllstoffe aufweist. Auf diese Weise kann die für den jeweiligen Einsatz besonders geeignete Dichte des Materials eingestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer, der eine schallabsorbierende Außenhaut auf der Außenwandung aufweist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Außenhaut mit der Außenwandung fest verbunden ist. Dadurch wird ein besonders stabiler Schalldämpfer bereitgestellt. Die Außenhaut kann femer eine strukturierte Oberfläche aufweisen, wodurch die Schallabgabe über die Außenwandung vermindert wird. Die Außenhaut kann femer eine Dichte von mehr als 1,5 g/cm3, insbesondere von mehr als 2,0 g/cm3 aufweisen, wodurch ebenfalls die schallabsorbierende Wirkung der Außenhaut verbessert wird. Als Obergrenze für den Dichtebereich haben sich 2,5 g/cm3, insbesondere 2,2 g/cm3 als besonders zweckmäßig herausgestellt. Eine weitere Möglichkeit, die schallabsorbierenden Eigenschaften der Außenhaut zu verbessern, besteht darin, die Außenhaut schaumartig auszubilden.
Alternativ zu dem festen Verbund aus Außenhaut und Außenwandung kann die Außenhaut auf die Außenwandung aufgezogen und an den Enden mit der Außenwandung fixiert sein. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers mit der Außenhaut ist besonders einfach und preisgünstig herzustellen. Dabei kann die Außenhaut aus glattem oder gewelltem Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, oder aus gewelltem Metall hergestellt sein. Bei Bedarf kann zwischen der Außenhaut und der Außenwandung eine Dichtung vorgesehen sein, die einen eventuell zwischen der Außenhaut und der Außenwandung existierenden Luftspalt abdichtet.
Bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer, der zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften eine Einrichtung zur Versteifung der Außenwandung aufweist, kann die Versteifungseinrichtung ein Geflecht, insbesondere aus Metall oder Kunststoff umfassen, das auf der Außenwandung aufgebracht ist. Durch dieses Geflecht werden Vibrationen der Außenwand unterdrückt, wodurch die schalldämpfenden Eigenschaften des Bauteils weiter verbessert werden. Ferner kann die Versteifungseinrichtung Außenringelemente umfassen, die auf Wellenbergen des Faltbalgs angeordnet sind, wobei die Wellenberge zur Fixierung der Außenringelemente profiliert sind. Auch durch diese Au-βenringelemente wird eine Fesselung der Oberflächenstruktur der Außenwandung erreicht, die in einer weiteren Reduzierung der Schallemissionen resultiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Versteifungseinrichtung Innenringelemente umfassen, die im Inneren des Faltbalges an den Wellenbergen angeordnet sind, wodurch die einzelnen Falten des Faltenbalges abgestützt und dieser insgesamt versteift wird. Dabei bleibt eine größtmögliche Flexibilität des Faltenbalges erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Faltenbalg über den ganzen mit den Öffnungen versehenen Bereich der Innenwandung. Damit ist sichergestellt, dass die aus der Kombination zweier Wirkprinzipien (Helmholtz-Resonator und λ/4-Reflektor) ergebenden synergistischen Effekte über die ganze Wirklänge bzw. den ganzen Wirkbereich des Innenteils zum Tragen kommen.
Vorteilhafterweise umfasst das Innenteil einen Schlauch oder ein Rohr, die jeweils radiale Öffnungen aufweisen. Diese Ausgestaltung bietet eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Schalldämpfer zu fertigen.
Das Innenteil kann auch Schlauchsegmente oder Rohrsegmente umfassen, die jeweils radiale Öffnungen aufweisen. Durch das segmentierte Innenteil wird eine besonders gute Flexibilität des Schalldämpfers erreicht.
In bevorzugter Weise ist das Innenteil am Außenteil thermisch angeformt. Dies erleichtert die Fertigung des Schalldämpfers, da in einem Arbeitsgang, d.h. während einer Wärmebehandlung, mehrere Verbindungspunkte bzw. Verbindungsflächen zwischen dem Innenteil und dem Außenteil hergestellt werden können. Das Innenteil kann mit dem Außenteil auch mechanisch verbunden sein.
In einer anderen Ausführungsform ist das Innenteil in eine Schnellkupplung integriert. Damit wird eine besonders einfache und schnelle Anbindung des Schalldämpfers an Anschlussbauteile bzw. Anschlussleitungen erreicht.
In vorteilhafter Weise ist das Außenteil über die gesamte Länge des Innenteils flexibel, so dass sich der Schalldämpfer vollständig als flexible Strecke im Ladelufttrakt eines Motors nutzen lässt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Außenwandung konzentrisch zur Innenwandung angeordnet. Damit wird erreicht, dass die zwischen dem Faltenbalg und der Innenwandung gebildeten Hohlräume im Wesentlichen die gleiche Form und somit das gleiche Volumen aufweisen. Die Außenwandung kann auch konisch geformt sein, wodurch das Hohlraumvolumen des Faltenbalges in Längsrichtung des Schalldämpfers verändert wird.
Als Werkstoffe des Innenteils und des Außenteils haben sich NBR, CR, ECO, AEM, ACM, Silicon und FPM als zweckmäßig erwiesen. Das Innenteil kann auch aus Kunststoff hergestellt sein. Das Außenteil und/oder das Innenteil können einen Druckträger umfassen, wobei der Druckträger bei der Kunststoffausführung des Innenteils nicht erforderlich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Faltenbalg in Längsrichtung des Schalldämpfers über das Innenteil hinaus. Das bedeutet, dass ein Teil des Faltenbalgs direkt mit dem im Innenteil geführten gasförmigen Medium in Kontakt kommt.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben. In diesen zeigen
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 2
eine Explosivdarstellung des Schalldämpfers nach Fig. 1;
Fig. 3
eine Seitenansicht des Schalldämpfers nach Fig. 1, wobei das Innenteil teilweise in das Außenteil eingeschoben ist;
Fig. 4
einen Querschnitt durch eine Falte des Faltenbalgs mit Außenhaut und
Fig. 5
einen Querschnitt durch eine Falte des Faltenbalgs mit Außenringelement.
Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Schalldämpfer ist insbesondere, aber nicht ausschließlich für den Einsatz in einer Brennkraftmaschine konzipiert und wird möglichst nahe an der druckseitigen Austrittsöffnung eines Verdichtergehäuses eines Abgasturboladers angeordnet. Dämpfende Wirkung entfaltet der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Schalldämpfer natürlich auch an anderen Einbauorten, die dem Abgasturbolader nicht unmittelbar nachgeordnet sind.
Wie am besten in Fig. 1 zu erkennen, umfasst der Schalldämpfer ein Innenteil 1, das in ein Außenteil 2 gesteckt ist, so dass das Außenteil 2 das Innenteil 1 umgibt. Das Innenteil 1 weist in Längsrichtung A des Schalldämpfers einen Lufteinlass und einen Luftauslass sowie Anschlussbereiche auf, an denen nach- oder vorgeordnete Bauteile, wie Ladeluftschläuche angeschlossen werden.
Das Innenteil 1 ist als gelochter flexibler Schlauch und das Außenteil 2 als faltenbalgartiger Schlauch ausgeführt, so dass der gesamte Schalldämpfer flexible Eigenschaften aufweist. Das Innenteil 1 kann auch als starres Rohr hergestellt sein.
Wie weiter in Fig. 1 gezeigt, bildet das Innenteil 1 eine Innenwandung 4, in der radiale Öffnungen 3 vorgesehen sind. Die Öffnungen 3 sind in parallelen, sich in Umfangsrichtung der Innenwandung 4 erstreckenden Reihen 8 angeordnet. Jede Reihe 8 von Öffnungen 3 bildet also einen Kreis, dessen Radius dem Radius der Innenwandung 3 entspricht, und der senkrecht zur Längsachse A des Schalldämpfers angeordnet ist. Die Anzahl der Öffnungen 3 pro Reihe kann variieren und beträgt vorteilhafterweise acht bis zwölf Öffnungen 3. Eine geringere Anzahl oder eine größere Anzahl von Öffnungen 3 pro Reihe 8 ist ebenfalls möglich.
Wie des Weiteren in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, ist die die Innenwandung 4 umgebende Außenwandung 5 als Faltenbalg 6 ausgebildet. Im zusammengesteckten Zustand, also wenn das Innenteil 1 im Außenteil 2 angeordnet ist, bildet der Faltenbalg 6 mit der Innenwandung 4 einzelne Hohlräume 7. Diese Hohlräume 7 verlaufen in Umfangsrichtung um die Innenwandung 4 jeweils parallel zueinander.
In dem gezeigten Beispiel ist der Faltenbalg 6 als wellenförmig profilierter Schlauch ausgebildet, wobei eine Falte 9, abgesehen von den außenliegenden Falten, von zwei Wellentälern und einem Wellenberg begrenzt ist. Wie in Fig. 1 zu sehen, werden also die in den jeweiligen Wellenbergen der Falten 9 ausgebildeten Hohlräume 7 durch in Umfangsrichtung umlaufende Wellentäler seitlich voneinander abgegrenzt.
Im vorliegenden Beispiel liegen die Falten 9 im Bereich der Wellentäler an der Innenwandung 4 an. Die einzelnen Hohlräume 7 sind deshalb gegeneinander abgeschlossen.
Wie am besten in Fig. 1 zu erkennen, ist jede Reihe 8 von Öffnungen 3 einem Hohlraum 7 zugeordnet. Das bedeutet, dass die radialen Öffnungen 3 einer Reihe 8 so angeordnet sind, dass sie jeweils in einen der Hohlräume 7 münden. Zweckmäßigerweise ist eine Reihe 8 von Öffnungen 3 konzentrisch zu dem Wellenscheitel der zugehörigen Falte 9 angeordnet. Eine zum Wellenscheitel einer Falte 9 versetzt angeordnete Reihe 8 ist ebenfalls denkbar, sofern gewährleistet ist, dass die Öffnungen 3 der Reihe 8 in den zugehörigen Hohlraum 7 münden. Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigt, ist der Faltenbalg 6 entlang des ganzen perforierten Abschnittes der Innenwandung 4 vorgesehen und bildet dort die durch die Öffnungen 3 mit dem Inneren des Innenteils 1 kommunizierenden Hohlräume 7. Damit wird gewährleistet, dass die hervorragenden Dämpfungseigenschaften über die gesamte Wirklänge des Innenteils 1 zum Tragen kommen.
Wie femer in Fig. 1 bis 3 zu erkennen, sind die Öffnungen 3 benachbarter Reihen 8 in Umfangsrichtung zueinander versetzt, derart, dass die Öffnung 3 einer Reihe 8 jeweils mittig zwischen zwei Öffnungen 3 der jeweils benachbarten Reihe 8 angeordnet ist.
Die gezeigte Anzahl der Falten 9 und Reihen 8 der Öffnungen 3 ist beispielhaft zu verstehen. Eine größere oder niedrigere Anzahl, im Extremfall nur eine einzige Falte 9, ist möglich.
Die Gesamtform des Außenteils 2 ist in dem gezeigten Beispiel im Wesentlichen zylindrisch, wobei die Mantelfläche, also die Außenwandung 5, nicht eben, sondern als Faltenbalg 6 ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Falten 9 des Faltenbalgs 6 jeweils gleiche Durchmesser und aufgrund der übereinstimmenden Geometrie auch gleiche Volumina aufweisen.
Es ist allerdings auch möglich, die Außenwandung 5 konisch auszubilden. Bei einer derartigen Ausgestaltung steigt der Durchmesser der Außenwandung 5 entlang der Längsachse A des Schalldämpfers an, so dass auch der Durchmesser der einzelnen Falten 9 und somit deren Volumina über die Schalldämpferlänge zunimmt, wodurch der Dämpfungsfrequenzbereich beeinflusst werden kann. Durch die konische Ausgestaltung der Außenwandung 5 wird außerdem die Entformbarkeit des Außenteils 2 bei der Herstellung verbessert.
Die Geometrie und die Anzahl der Falten 9 richtet sich dabei nach den Anforderungen hinsichtlich Dämpfung und Flexibilität im jeweiligen Anwendungsfall. Es ist denkbar, beispielsweise das Hohlraumvolumen, insbesondere die Hohlraumtiefe, also den Abstand zwischen der Innenwandung 4 und dem Wellenscheitel einer Falte 9, oder den Kurvenradius der einzelnen Falten 9 zu ändem.
Die Öffnungen 3 in der Innenwandung 4 des Innenteils 1 sind in diesem Beispiel als radiale Öffnungen mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgeführt. Eine andere Querschnittsform, beispielsweise ovale Öffnungen, die sich in radialer Richtung erstrecken, ist ebenfalls denkbar. Es ist auch möglich, die Öffnungen 3 schlitzförmig auszubilden, wobei sich ein Schlitz in Umfangsrichtung in einem Teilabschnitt der Innenwandung 4 derart erstreckt, dass der Schlitz in den zugehörigen Hohlraum 7 mündet.
Zur Beibehaltung der Flexibilität des Schalldämpfers kann das Innenteil 1 aus mehreren voneinander getrennten Rohrsegmenten oder Schlauchsegmenten bestehen. Dabei kann jedes einzelne Segment des Innenteils 1 mit dem Außenteil 2 mechanisch oder stoffschlüssig verbunden sein. Das Innenteil 1 kann am Außenteil 2 durch einfaches oder mehrfaches Vulkanisieren befestigt sein. Eine mechanische Fixierung durch Schellen oder Ringe ist ebenfalls möglich. Die Fixierung des Innenteils 1 am Außenteil 2 kann an den beiden Enden des Schalldämpfers erfolgen oder auch an jeder einzelnen Falte 9.
Das Innenteil 1 kann ferner als Spritzgussteil ausgeführt sein, das in eine Schnellkupplung integriert ist.
Überdies ist es möglich, ein verkürztes Innenteil 1 zu verwenden, so dass der Faltenbalg 6 sich in Längsrichtung A des Schalldämpfers über die Innenwandung 4 hinaus erstreckt. Dieser sich über die Innenwandung 4 hinaus erstreckende Abschnitt des Faltebalgs 6 wird nicht vom Innenteil 1 abgedeckt, wodurch eine Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik des Schalldämpfers erreicht wird.
Als Schlauchmaterialien für den Innen- und den Außenschlauch kommen NBR, CR, ECO, AEM, ACM, Silicon und FPM in Frage. Das Innenteil kann auch aus Kunststoff hergestellt sein. Wenn flexible Schlauchmaterialien zum Einsatz kommen, wird ein Druckträger verwendet. Der Einsatz des Druckträgers ist besonders bei dem Außenteil 2 zweckmäßig. Beim Innenteil 1 kann in der Elastomerausführung auf den Druckträger verzichtet werden. Bei der Kunststoffausführung des Innenteils 1 entfällt der Druckträger.
Die Dämpfungseigenschaften des vorstehend beschriebenen Schalldämpfers werden dadurch weiter verbessert, dass die Außenwandung aus einem Material hergestellt ist, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3 aufweist. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Material mit einer Dichte von etwa 2,0 g/cm3 erwiesen. Die Dichte kann maximal 2,2 bis 2,5 g/cm3 betragen, wobei die Obergrenze des Dichtebereichs hauptsächlich durch die Herstellbarkeit und die Herstellungskosten bestimmt wird. Während es sich gezeigt hat, dass besonders gute Dämpfungswerte in dem vorstehend genannten Bereich von 1,5 bis 2,5 g/cm3 erzielbar sind, können auch akzeptable Werte im Toleranzbereich der beiden Bereichsgrenzen erwartet werden. Der Toleranzbereich kann beispielsweise ± 0,5 g/cm3 betragen. Als Wirkstoff für die Außenwandung wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Acrylat-Kautschuk (ACM) verwendet, wobei die Erfindung nicht auf dieses Material eingeschränkt ist. Die gewünschte Dichte wird durch Salze oder Oxide der Metalle mit einer Ordnungszahl von mindestens 20, insbesondere von mindestens 50, die dem Kunststoff als Füllstoff zugegeben werden, eingestellt. Alternativ oder zusätzlich kann auch Ruß als Füllstoff verwendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist die Innenwandung aus einem Material hergestellt, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3, insbesondere von mindestens 2,0 g/cm3, aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung eines solchen hochdichten Materials kann zur Reduzierung der Schallemissionen die Innenwandung eine strukturierte Oberfläche aufweisen. Die Strukturierung der Oberfläche trägt zu einer verbesserten Schallabsorption bei, wodurch Schallenergie aufgenommen und in Wärme umgewandelt wird, bei möglichst geringer Reflexion der absorbierenden Oberfläche. Dazu ist die Oberfläche möglichst groß und diffus reflektierend, insbesondere porös und rau ausgeführt. Dies kann beispielsweise durch Fasem (z.B. durch Beflockung) oder durch einen Schaum erreicht werden. Durch gleichzeitige große innere Dämpfung, die durch die Verwendung eines weichen Materials für die Innenwandung erzielt wird, wird auch die Körperschallleitung zwischen Innen- und Außenwandung behindert.
Ein für die Herstellung der Außenwandung und der Innenwandung besonders geeigneter Werkstoff wird von der Anmelderin unter der Markenbezeichnung HT ACM 185 vertrieben.
Anstelle oder zusätzlich zur Auswahl eines Materials mit hoher Dichte für die Außenwandung 5 wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine schallabsorbierende Außenhaut 10 auf der Außenwandung 5 aufgebracht, wie in Fig. 4 zu sehen. In Fig. 4 ist zu sehen, dass die Außenwandung 5 und die Außenhaut 10 ein Laminat bilden, wobei die Außenhaut 10 der Kontur der Außenwandung, also dem Faltenprofil des Faltenbalges 6, folgt. Dabei ist die Außenhaut 10 mit der Außenwandung 5 fest verbunden, wobei die Außenhaut 10 durch Extrudieren, Tauchen oder Spritzen auf die Außenwandung 5 aufgebracht werden kann. Ferner kann die Außenhaut schaumartig, also mit einer bestimmten Porosität, ausgebildet sein.
Die Außenhaut besteht aus einem polymeren Material und hat eine Temperaturbeständigkeit von 100 bis 200 °C, vorzugsweise über 140 °C.
Die Verbindung zwischen der Außenwandung 5 und der Außenhaut 10 erfolgt physikalisch, chemisch oder mechanisch. Jedenfalls muss gewährleistet sein, dass die Außenhaut 10 den Bewegungen des Schalldämpfers aufgrund von Auslenkungen der angeschlossenen Bauteile und der Pulsation dauerhaft folgen kann.
Anstelle der festen Verbindung zwischen der Außenhaut 10 und der Außenwandung 5 kann die Außenhaut 10 auf die Außenwandung 5 aufgezogen und nur an ihren Enden mit der Außenhaut 5 mechanisch oder chemisch befestigt sein. Zwischen der schallabsorbierenden Außenhaut 10 und der Außenwandung 5 besteht also zwischen den Enden der Außenhaut 10 keine feste Verbindung. Der Schalldämpfer nach diesem Ausführungsbeispiel lässt sich deshalb besonders einfach herstellen. Dabei ist die schallabsorbierende, separate Außenhaut aus einem glatten oder gewellten Kunststoff bzw. Elastomer oder aus gewelltem Metall hergestellt. Wenn erforderlich, kann die Außenhaut 10 und die Außenwandung 5 mittels Dichtelementen abgedichtet sein. Als Dichtelemente eignen sich beispielsweise Dichtringe oder eine polymere Dichtmasse.
Eine weitere Möglichkeit der Reduzierung von Schallemissionen wird bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch erzielt, dass die Oberfläche der Außenwandung 5 fixiert ist, was mittels Außenringelementen 11 erfolgt. Diese Außenringelemente 11 sind auf den Wellenbergen des Faltenbalges 6 angeordnet, wie in Fig. 5 gezeigt. Zur Fixierung, insbesondere axialen Fixierung, der Außenringelemente 11 sind die Wellenberge profiliert. D.h., jeder Wellenberg weist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Ausbuchtung auf, die als Aufnahme für jeweils ein Außenringelement 11 dient. Durch das Ringelement 11 wird eine Versteifung des Faltenbalges 6 erzielt, wodurch die Schallabstrahlung reduziert wird.
Dabei kann jedem Wellenberg ein Außenringelement 11 zugeordnet sein. Alternativ können auch nur einige der Wellenberge mit Außenringelementen 11 versehen sein, beispielsweise jeder zweite Wellenberg.
Anstelle oder zuzüglich zu den Außenringelementen 11 können Innenringelemente vorgesehen sein, die vorliegend nicht gezeigt sind. Diese Innenringelemente sind im Inneren des Faltenbalges 6 angeordnet und befinden sich in Anlage mit der Innenseite des Wellenberges zur Abstützung und Versteifung des Faltenbalges 6.
Als Außenringelemente bzw. Innenringelemente können offene Stahlringe mit Federwirkung bzw. Sprengringe für eine leichtere Montage und zur Einstellung der Aufspannkräfte der Wellenberge verwendet werden.
Anstelle der Ringelemente kann auf der gesamten Oberfläche der Außenwandung ein Geflecht aus Metall oder Kunststoff angeordnet sein, dass vorliegend nicht gezeigt ist. Auch dadurch wird eine Versteifung der Faltbalgstruktur erreicht.
Die Maßnahmen zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften des Schalldämpfers können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann die Außenwandung 5 aus einem Material hergestellt sein, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3 aufweist. Zusätzlich kann die Außenwandung 5 mit einer schallabsorbierenden Außenhaut versehen sein, die entweder mit der Außenwandung 5 fest verbunden ist oder auf die Außenwandung 5 aufgezogen und nur an den Enden der Außenwandung 5 fixiert ist. Dabei kann die Außenhaut 10 entweder schaumartig ausgebildet sein oder eine strukturierte Oberfläche aufweisen. Anstelle der Außenhaut kann die aus einem hochdichten Material hergestellte Außenwandung mit einer Einrichtung zur Versteifung versehen sein. Diese Versteifungseinrichtung kann entweder ein Geflecht oder Außenringelemente und/oder Innenringelemente umfassen. Ferner kann die Innenwandung zusätzlich aus einem Material hergestellt sein, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3 aufweist.
Der beschriebene Schalldämpfer eignet sich besonders zur Absenkung von Geräuschemissionen, die in aufgeladenen Diesel- oder Ottomotoren auftreten. Selbstverständlich kann der Schalldämpfer aber auch auf anderen Gebieten eingesetzt werden, bei denen Luftschall wirksam gedämpft werden soll.

Claims (34)

  1. Schalldämpfer mit einem Innenteil (1) und einem das Innenteil (1) umgebenden Außenteil (2), wobei das Innenteil (1) eine mit Öffnungen (3) versehene Innenwandung (4) und das Außenteil (2) eine entlang der Innenwandung (4) sich erstreckende Außenwandung (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Außenwandung (5) als Faltenbalg (6) ausgebildet ist, der mit der Innenwandung (4) einzelne Hohlräume (7) definiert, wobei die Öffnungen (3) der Innenwandung (4) in die Hohlräume (7) münden, und
    die Außenwandung (5) und/oder die Innenwandung (4) aus einem Material hergestellt sind, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3, insbesondere von mindestens 2,0 g/cm3, aufweist.
  2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte nicht mehr als 2,5 g/cm3, insbesondere nicht mehr als 2,2 g/cm3, beträgt.
  3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (5) und/oder die Innenwandung (4) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind, das Salze oder Oxide der Metalle mit einer Ordnungszahl von mindestens 20, insbesondere von mindestens 50, und/oder Ruß als Füllstoffe aufweist.
  4. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (5) und/oder die Innenwandung (4) aus Acrylat-Kautschuk (ACM) hergestellt sind.
  5. Schalldämpfer mit einem Innenteil (1) und einem das Innenteil (1) umgebenden Außenteil (2), wobei das Innenteil (1) eine mit Öffnungen (3) versehene Innenwandung (4) und das Außenteil (2) eine entlang der Innenwandung (4) sich erstreckende Außenwandung (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Außenwandung (5) als Faltenbalg (6) ausgebildet ist, der mit der Innenwandung (4) einzelne Hohlräume (7) definiert, wobei die Öffnungen (3) der Innenwandung (4) in die Hohlräume (7) münden, und
    eine schallabsorbierende Außenhaut (10) auf der Außenwandung (5) vorgesehen ist.
  6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (10) mit der Außenwandung (5) fest verbunden ist.
  7. Schalldämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (10) eine strukturierte Oberfläche aufweist.
  8. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (11) eine Dichte von mehr als 1,5 g/cm3, insbesondere von mehr als 2,0 g/cm3, aufweist.
  9. Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte nicht mehr als 2,5 g/cm3, insbesondere nicht mehr als 2,2 g/cm3, beträgt.
  10. Schalldämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (10) schaumartig ausgebildet ist.
  11. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (10) auf die Außenwandung (5) aufgezogen und an den Enden mit der Außenwandung (5) fixiert ist.
  12. Schalldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (10) aus glattem oder gewelltem Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, oder aus gewelltem Metall hergestellt ist.
  13. Schalldämpfer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung zwischen der Außenhaut (10) und der Außenwandung (5) vorgesehen ist.
  14. Schalldämpfer mit einem Innenteil (1) und einem das Innenteil (1) umgebenden Außenteil (2), wobei das Innenteil (1) eine mit Öffnungen (3) versehene Innenwandung (4) und das Außenteil (2) eine entlang der Innenwandung (4) sich erstreckende Außenwandung (5) bildet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Außenwandung (5) als Faltenbalg (6) ausgebildet ist, der mit der Innenwandung (4) einzelne Hohlräume (7) definiert, wobei die Öffnungen (3) der Innenwandung (4) in die Hohlräume (7) münden, und
    eine Einrichtung zur Versteifung der Außenwandung (5) vorgesehen ist.
  15. Schalldämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungseinrichtung ein Geflecht, insbesondere aus Metall oder Kunststoff, umfasst, das auf der Außenwandung (5) aufgebracht ist.
  16. Schalldämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungseinrichtung Außenringelemente (11) umfasst, die auf Wellenbergen des Faltenbalgs (6) angeordnet sind, wobei die Wellenberge zur Fixierung der Außenringelemente (11) profiliert sind.
  17. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungseinrichtung Innenringelemente umfasst, die im Inneren des Faltenbalgs (6) an den Wellenbergen angeordnet sind.
  18. Schalldämpfer mit einem Innenteil (1) und einem das Innenteil (1) umgebenden Außenteil (2), wobei das Innenteil (1) eine mit Öffnungen (3) versehene Innenwandung (4) und das Außenteil (2) eine entlang der Innenwandung (4) sich erstreckende Außenwandung (5) bildet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Außenwandung (5) als Faltenbalg (6) ausgebildet ist, der mit der Innenwandung (4) einzelne Hohlräume (7) definiert, wobei die Öffnungen (3) der Innenwandung (4) in die Hohlräume (7) münden, und
    die Innenwandung (4) und/oder die Außenwandung (5) eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
  19. Schalldämpfer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (4) und/oder die Außenwandung (5) aus einem Material hergestellt ist, das eine Dichte von mindestens 1,5 g/cm3, insbesondere von mindestens 2,0 g/cm3, aufweist.
  20. Schalldämpfer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte nicht mehr als 2,5 g/cm3, insbesondere nicht mehr als 2,2 g/cm3, beträgt.
  21. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche schallabsorbierend ist.
  22. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (6) sich über den ganzen mit den Öffnungen (3) versehenen Bereich der Innenwandung (4) erstreckt.
  23. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) einen Schlauch oder ein Rohr umfasst, die jeweils radiale Öffnungen (3) aufweisen.
  24. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) Schlauchsegmente oder Rohrsegmente umfasst, der jeweils radiale Öffnungen (3) aufweisen.
  25. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) am Außenteil (2) thermisch angeformt ist.
  26. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) mit dem Außenteil (2) mechanisch verbunden ist.
  27. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) in eine Schnellkupplung integriert ist.
  28. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (2) über die gesamte Länge des Innenteils (1) flexibel ist.
  29. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (5) konzentrisch zur Innenwandung (4) angeordnet ist.
  30. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (5) konisch geformt ist.
  31. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe des Innenteils und/oder des Außenteils NBR, CR, ECO, AEM, ACM, Silicon und FPM umfassen.
  32. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) aus Kunststoff hergestellt ist.
  33. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (2) und/oder das Innenteil (1) einen Druckträger umfasst.
  34. Schalldämpfer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (6) sich in Längsrichtung des Schalldämpfers über das Innenteil (1) hinaus erstreckt.
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