DE1476582A1

DE1476582A1 - Schalldaempfer,insbesondere fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1476582A1
Application number: DE19661476582
Authority: DE
Inventors: Bailey Jay Richard
Original assignee: Mcculloch Corp
Current assignee: Mcculloch Corp
Priority date: 1966-03-17
Filing date: 1966-12-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: GB1126657A; SE318585B; FR1507576A; US3318412A

Description

Die Erfindung teaieht sich auf So3ialldämpfer und dere auf Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen.

lnsbeaon-

teilte und beachrie"bene Auaführungsbeiapiel iat ein fer für kleine Irennkraf^inaeahinen· Die

Das dargeε
Sohalldämi
danken der Erfindung aind jedoch blei Brennkraftmaaohinen

Größe und

Die bishei gemachten Verauohe, einen akkustiachen filter s

verwenden schinen zi dämpfen _t war bei kleine reich« Bei weiae bei

im

bei Sehalldämpfern Jeder

um das Auspuffgeräusoh

kleinen Brennkraftmasohinen» wie sie beiapiele-Kettenaägen verwendet werden, mufl die Größe dee

öröße anwendbar·

ron Zweitaktbrennkraftma ι Maaohinen nicht erfolg

Schalldämifere verringert werden u id dies führt dazu, daß die filteigrenafre^uen* nioht tief genug liegt« Der Sohall pegel einer Zweitaktbr'ennkraftraaeo line iat über ein breite ι Irequenabind hinweg sehr hooh, und deshalb »uß auch daa

' Weiterhin / «aaohinen

ader

Bereich der tiefen Prequceneen gedämpft werden» sind die Schallwellen, ( it von Zweltaktbrennkraf%-abgegeben werden, Züge von diskreten Druokpuleen

alt einer Härte von Schockwellen· Deshalb können die Geaetee,

die für übliche akkuatiache Erscheinungen verwendet werden,

nicht voll angewendet werden.

Ea wurde nun gefunden, daß durch daa Einaetzen eines Blattes öder einer Zunge in den Abgasatrom die Druekpulae mit »teilen Yordefflanken geglättet werden, d_#h· daS dieae Druckpulae abgeatumpf t werden und daß die Seräuachenergie über eine größere Zeitperiode verteilt wird, Dieae Maßnahme bewirkt,, daß die aoharfen, hohen Geräuachspitzen abgeschwächt oder gedämpft oder ausgefiltert werden» Hen hohen intermittierenden Pulsen von aehr kurzer Dauer wird durch die Trag» heit und die federkraft dea dünnen Blattes oder der dünnen Zunge entgegengewirkt, welche freitragend am Sehalldämpfer angeordnet ist, um an der Auatrittaöffnung ala Ventil zu wirken· Die Zunge ihreraeits führt die Energie in den Abgasstrom zurück. Die Metallzunge muß derart ausgelegt sein, daß sie dick genug ist, um eine Resonanz auszuschalten, die so hohe Belastungen erzeugen könnte, daß die Zunge zeratört würde und ferner muß aie dünn genug sein, um einen Hüokdruck auszuschalten, der zu einem leistungsverluat der Brennkraftmaachine führen könnb.

Die Zungen- oder Blattabmeasungen sind derart, daß die Resonanzfrequenz oberhalb der höchsten Abgaspulsfrequens der Brennkraftmaschine liegt, und die Steifheit der Zunge ist so gering als möglioh, um übermäßige Eüc3;drueke au verhindern· Die Auslenkung der Zunge oder des Hartes muß durch einen Anschlag begrenzt werden· Die form desf Zungenanschlages und dessen Abstand von der Austritts Öffnung werden von den Bedingungen des Abgasaustrittes und den zulässigen Spannungagrößen für die Zunge bestimmt· Die Konfiguration des Zungenanschlags kann an die voll ausgelenkte Jon», der > Zunge angepaßt sein« Ss wurde empirisch gefunden, daß die Abgase als eine gleiohförmig verteilte Last auf die Zunge •einwirken und somit wird die Konfiguration des ZungenanaoHa-

ges

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gea durch die Verbiegungskurve eines Ireiträgere bestimmt, der duroh eine gleichförmig verteilte Last belastet let. Die Abgasöffnung an der Zunge und die Biasohinenabgaaöffnung oder die Einlaßöffnung dea Schalldämpfera sind derart ausgelegt, daß diese im wesentlichen den gleichen Querschnitt haben·

.Es ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Schalldämpfer 212m Dämpfen von Geräuschen su schaffen·

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen eu schaffen, der ein Zungenventil an der Sohalldämpferaualaßöffnung aufweist, wobei die Zungenauslenkung duroh einen Anschlag bestimmt wird, der die Biögekurve eines durch eine gleichförmige Last belasteten Trägers hat. ;

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Schalldämpfer zu schaffen, in welchem Druckpulse mit steilen Torderflanken geglättet und abgestumpft werden, und in welchem die Geräusohenergie über eine größere Zeitperiode mittels eines Zungenventile an der Schalldämpferaustritteöffnung verteilt wird·

Ea ist ferner Ziel der Erfindung, einen Schalldämpfer zu schaffen, in welchem starke, intermittierende Pule· von sehr ί kurzer Dauer duroh die Trägheit und die Federkraft einer dünnen, frei tragenden Metallzunge an der Abgas Öffnung des Schalldämpfers beeinfluß werden, wobei die Zunge die Energie in den Abgasstrom zurüokleitet.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Schalldämpfer zu schaffen, in welchem der Sohallpegel etwa θ Deoibel tiefer j liegt als bei einem Hohlraum-Abgaarohreohalldämpfer von gleicher Größe und Form· Es sei bemerkt, daß ein Abfall von -6 Deoibel einer Verringerung dea Sohallpegele um 5OjL entspricht.

Es

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Es ist auch Ziel der Erfindung, einen kleinen Schalldämpfer zu schaffen, in welchem der Geräuschpegel wesentlich tiefer ist als der, der bisher bei Schalldämpfern von equivalenter Größe ermöglicht wurde. Beispielsweise existiert eine sogenannte Daumenregel für das Sdalldämpfervolumen, und die besagt, daß der Schalldämpfer ein Volumen haben soll, welches dem Zehnfachen des Hubvolumens der Brennkraftmaschine entspricht. Wenn beispielsweise eine Brennkraftmaschine ein Hubvolumen vom etwa 50 our (3>3 cubic inch) hat, waren bis-

3 her Schalldämpfer erforderlich, die ein Volumen von 500 om (33,3 cubic inch) haben, Erfindungsgemäß weist ein equivalenter Schalldämpfer ein Volumen von etwa 112 om (7 cubio inch) auf. Es ist von außerordentlicher Bedeutung, daß der Geräuschpegel von Brennkraftmaschinen wie beispielsweise von Brennkraftmaschinen von Kettensägen gedämpft wird, wobei bei diesen Brennkraftmaschinen bisher der Geräuschpegel das Gehör der Arbeiter schwer geschädigt hat.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

!ig. 1 eine teilweise gesohnittene Seitenansicht einer Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem erfindungagemäßen S challdämpfer,

Pig«, 2 eine Draufsicht auf den in Mg. 1 dargestellten Schalldämpfer,

Pig, 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. 2 und

Fig. 4 eine schematische Ansicht, welche die Biegekurve eines Trägers darstellt, der durch eine gleichmäßig verteilte Last belastet ist, wobei diese Darstellung verwendet wird, um die Kurve des Zungenanschlages für das Schalldämpforzungenventil zu bestimmen.

In

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In Pig. 1 iat eine Zweitaktbrennkraftmaschine 10 dargestellt, die eine Auspufföffnung 11 aufweist* An der Brennkraftmaschine iat ein metallischer Schalldämpfer 12 "befestigt, und dieser Schalldämpfer hat die Form eines rechtwokigen Prismas. Der Schalldämpfer weist eine Einlaßöffnung 13 auf, die mif der Auspufföffnung 11 der Brennkraftmaschine fluchtet und den gleichen Querschnitt hat.

Der Schalldämpfer besteht aus zwei napfförmigen Teileny und zwar aus einem Boden 17 und einem Deckel 18« Der Deckeljweist einen Bandabschnitt auf» der über dem Bodenabschnitt sitzt, und mit diesem Handabschnitt werden die beiden Teile aneinander -befestigt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, weist der Deckel 18 eine kreisförmige Auslaßöffnung 19 auf, die im wesentlichen den gleichen Querschnitt hat wie die Auspufföffnungen 11 und 13· Einen Teil der Öffnung bildet ein Bund 20* Außerhalb dea Deckels erstreckt sich diagonal über dem Deckel ein Zungenventil 23 und ein Zungenanschlag 24· In der Draufsicht haben, wie Pig. 2 zeigt, die Zunge und der Ansohlag die gleiohe Porm und erstrecken sich über die gleiohe Länge» Beide Teile sind am Deckel 18 mittels dreier Schrauben befestigt, die sich durch den Deckel hinduroh erstrecken und die in einen Halterungablock 26 eingeschraubt sind. Die Zunge 23 ist sehr flexibel u^id hat eine Dicke von etya O_t35om (0,014 inoh) und ist etwa 2^!,8 cm (1 1/8 Inoh) breit> Die Länge des Hebelanschnittes,! d.h. die Länge dea Teiles, der sich von der Halterung durch die beiden Schrauben, die dem freien Ende am näohaten liegeh, forteratreokt, wobei es sich hier um das freie Ende 29 hajadelt, beträgt etwa 3,4 ma. (1 3/4 inoh). Die Zunge aollte aus einer hoohfesten Legierung hergestellt werden, wie beispielsweise aus einer Kobald-Ghrom-Nioke!-Legierung, die BiegeermUdungsspannungen von etwa 10500 kg/cm (150.000 pounds per square inch) bei 538⁰C (100O⁰F) widerstehen kann.

Wie

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Wie Pig. 3 zeigt, ist die Zunge flaoh und bedeckt normalerweise die Auslaßöffnungο Der Zungenanschlag 24 ist steif und starr, und wird durch die Vibrationen der Zunge während des Betriebes nicht bewegt·

Pur eine Zweitaktbrennkraftmasohine, die wie die dargestellte 3 1/2 IS hat und einen Hubraum τοη etwa 50 xm (3,3 cubic * inch) hat ein Schalldämpfer, wie beispielsweise der Schalldämpfer 12, ein Volumen von etwa 112 cm (7 cubic inch) und es wurde gefunden, daß dieser Schalldämpfer ausreichend ist. Dieses Volumen umfaßt den Einlaß 13, und die speziellen Abmessungen des schachtelartigen Teiles des Schalldämpfers betragen etwa 5 (2 inch) mal 7 cm (2,75 inch) mal 3,2 cm (1,3 inch)· Dieser Aufbau unterscheidet sich ganz grundsätzlich von einem Schalldämpfer der bekannten Art, der gemäß der zitierten Daumenregel, welche fordert, daß das Schalldämpfervolumen öTas Zehnfache des Hubvolumens der Brennkraftmaschine beträgt, in diesem Pail etwa 500 onr betragen müßte· Der Einlaß 13 des beschriebenen Schalldämpfers hat einen Querschnitt von etwa 3 om (0,4§4 square inch) und der Auslaß hat einen Querschnitt von etwa 2,8 cm (0,442 square inch).

Es wurde gefunden, daß die maximale Ausbiegung des Zungenanschlagea am freien Ende 30, die erforderlich ist, damit sich das Zungenventil weit genug öffnen kann, etwa 0,7 cm (0,300 inch) beträgt» Dies bedeutet, daß die Innenseite des freien Endes 30 in diesem Abstand von der Oberfläche des Deckels 18 des Schalldämpfers angeordnet werden muß. Von dieser Abmessung aus kann die Krümmungskurve des Zungenschlages bestimmt werden·

Da gefunden wurde, daß die Abgase auf die Zunge wie eine gleichförmig verteilte last einwirken, ist die Biegekurve der Zunge die eines Freiträgers, der duroh eine gleichförmig verteilte last belastet ist, wie es in Fig« 4 gezeigt ist.

Die

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Die Bewegung der Zunge muB ."begrenzt werden, und diea erfolgt durch den Zungenanschlag. Damit "bei der Bewegung der Zunge kein Bruch auftreten kann, muß die Biegekurve des Zungenanschlages gleich der Biegekurve der Zunge sein, das heißt gleich der Biegekurve eines freiträgers, der an einem Ende eingespannt ist und der durch eine gleichförmig verteilte East belastet ist, -

Die Standardformel zur Bestimmung der Biegekurve eines Ireiträgers, der durch eine gleichförmig verteilte Last "belastet ist, ist die folgendes

^Y ■' mm; ^(χ4 ~^{4Ι)5χ + 5l4)}

^Y ■ mm; ⁽

In dieser Formel "bedeutet: E = den Elastizitätsmodul, I = das Trägheitsmoment, ¥ = das Gesamtgewicht des Trägers in Pfund, L = die Gesamtlänge des Sebelabschnittes des Trägers, d.h. die länge von der Einspannung bis zum freien Ende, Y «■ die Auslenkung gegenüber der Horizontalen, X = den horizontalen Abstand vom freien Ende zu irgend einer Stelle der Auslenkung Y. lür eine bekannte Größe L, und zwar für 3,4 cm (1,75 inch) beim dargestellten Schalldämpfer wurde gefunden, daß der Maximalwert von Y bei X 0,7 om (0,30 inch) beträgt. Dieser Maximalwert wird als "D"(delta) bezeichnet. Die-

'max

ser Viert für Y ist der, der erforderlich ist, um einen richtigen Austritt der Abgase zu ermöglichen, ohne daß dadurch ein^! übermäßiger Rüokdruok erzeugt wird. Um die obige Gleichung zu lösen, wird für X = 0 und für das Maximum von Y =0,3 eingesetzt. Dies ergibt:

^y = ³W = ν = c (°-^^{5 x} °⁺ ?^y =

WL-

Unter Berückaichtigung der Beziehung

W =■ ο α ■·■■■'■
EI

* und

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und durch Einsetzen dieser Formel ergibt sich

Wenn verschiedene Werte für X in diese Gleichung eingesetzt werden, so wird die Lösung Y wie folgt bestimmt:

X 1.75 1.5 1.25 1.00 «75 .50 .25 0 YO .011 .041 .081 .132 «187 .243 .300

Wenn die vorstehenden Werte beim Blattanschlag 24 verwendet fe werden, um dessen Form zu bestimmten, so ist diese in der richtigen Weise gekrümmt, so daß, wenn das Blatt 23 durch die Abgase in Schwingung versetzt wird, sich das Blatt so bewegt, daß es in vollständiger Anlage gegen den Anschlag über die gesamte Länge kommt. Dadurch ist es möglich, daß die Zunge in der richtigen Weise arbeitet, ohne daß diese Zunge beschädigt werden kann. Wenn die Zungenbewegung nicht in dieser Weise begrenzt wird, so daß sich die Zunge nicht in richtiger Weise entsprechend der Form des Blattanschlages verbiegt, besteht eine große Gefahr, daß die Zunge bricht.

Die vorstehenden Ausführungen legen die Erfindung und die erzielten Vorteile ,dar, und es ist klar, daß Zahlreiche Abän-► derungen in der Form, in der Konstruktion und in der Anordnung der Teile gemacht werden können, und daß diese Abänderungen im Rahmen der Erfindung liegen. Die Erfindung ist keinesfalls auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt.

PAD

Claims

Patentansprüche.

1. Schalldämpfer, insbesondere für Zweitaktbrennkraftmasohinen mit einem geschlossenen Gehäuse, welohea eine Expan— aionskammer bildet und mit einem Einlaß und einer' Auslaß-* öffnung, gekennzeichnet durch eine verhältnismäßig dünne, langgestreckte, flexible, metallische Zunge (23)> die mit einem Ende an einer Stelle an einer Wandung (18) des Gehäuses befestigt ist, und die sich außen über eine Wandung des Gehäuses erstreckt, wobei ein freies Ende (29) der Zunge, welches dem festen Ende gegenüberliegt, sich über die Auslaßöffnung (19) erstreckt, einen starren Zungenanschlag (24)f der außerhalb der Zunge liegt, und der im wesentlichen die langgestreckte Konfiguration der Zunge hat, wobei der Anschlag ein Ende hat, welches an einer Stelle am festen Ende der Zunge und an der darunter liegenden Wand befestigt ist, wobei dieser Anschlag ein freies Ende (30) aufweist, welches sich über die Zunge und die Auslaßöffnung (19) erstreckt, wobei das feste Ende des Anschlages vom Auslaß um eine Streoke entfernt liegt, die ausreicht, daß sich das Blatt vom Auslaß fortbewegen kann, um eine Auslaßöffnung zu bilden, und woljiei der Anschlag vom festen Ende weg nach außen graduell gebogen ist, und zwar derart, daß das freie Ende in einem ausreichenden Abstand vom Auslaß angeordnet ist, derart, daß die Abgase das Blatt gegen den Anschlag drücken können«

2. Sohalld^mpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krüinmungskurve des Ansohlage;a vom festen Punkt fort im wesentlichen gleich der Krümmungskurve eines Ireiträgers ist, defc durch eine 'gleiohförmig verteilte last belastet iat, wobei die Zunge durch die Abgase derart verbogen werden kann, d&ß sie sich über ihre gesamte länge gegen den Anschlag anlegen kann,

3. Schalldämpfer nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß

die

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die Zunge derart bemessen iat, daß deren Resonanzfrequenz über der höchsten Abgaspulsfrequenz der Brennkraftmaschine liegt, und daß deren'Steifheit so klein als möglich ist, um einen übermäßigen Rückdruck auszuschalten, der zu einem Leiatungsverlust führen würde»

4· Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zunge und Anschlag konkurrent sind, wenn die Zunge gegen den Anschlag durch den Abgasdruck angelegt ist.

5» Schalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ZungeVlerart bemessen ist, daß deren Resonanzfrequenz über der höchsten Abgaspulsfrequenz der Brennkraftmaschine liegt und daß deren Steifheit so gering als möglich ist, um einen überschüssigen Rüokdruck zu verhindern, der einen Leistungsverlust erzeugen würde·

6, Schalldämpfer nach Anspruch 1 für eine Zweitaktbrennkraftmaschine, die einen hohen Schallpegel über e inen großen Irequenzbereich erzeugt, und die Schallwellen in Ketten von diskreten Druckpulsen mit steilen Vorderflanken erzeugt, welche die Härte von Schockwellen haben, wobei der Einlaß des Schalldämpfers mit dem Auslaß der Brennkraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Anschlages vom festen Punkt im wesentlichen gleich der Krümmung des Freiträgera ist, der duroh eine gleichförmig verteilte last belastet iat, wobei d ie Zunge derart ausgebildet und angeordnet ist, daß diese duroh die Abgase, verbogen werden kann, um sich über ihre gesamte Länge gegen den Anschlag anzulegen.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge derart bemessen ist, daß deren Resonanzfrequenz oberhalb der höchsten Abgaspulsfrequenz der Brennkraftmaschine liegt und daß deren Steifheit so gering als möglioh ist, um einen Rückdruck zu verhindern, der sonst einen Leistungsverlust erzeugen würde·

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8· Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Zunge und Anschlag einander decken, wenn die Zunge gegen den Anschlag durch die Abgase verbogen ist«

9ο Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge derart bemessen ist, daß deren Resonanzfrequenz über der höchsten Abgaspulsfrequenz der Brennkraftmaschine liegt, und daß deren Steifheit niedrig genug ist, um Eiickdrucke zu verhindern, die sonst die leistung beeinträchtigen wurden.

Le e rs e i t e