DE3740341A1 - Schalldaempfer mit stroemungsleitplatten - Google Patents

Description

Eine weit verbreitete Schalldämpferanordnung für Auspuff­ anlagen in Kraftfahrzeugen weist eine Gasführung mit Strö­ mungsumkehr auf, wobei das Gas zum stromabwärtigen Ende des Schalldämpfers strömt, sich umkehrt, zum stromaufwär­ tigen Ende des Schalldämpfers strömt, sich dort wieder umkehrt und zurück zum stromabwärtigen Ende des Schall­ dämpfers strömt, um diesen dann zu verlassen. In einigen Schalldämpfern dieser Art sind Mittel vorgesehen, um die Strömungsumkehr am stromabwärtigen und/oder stromaufwärti­ gen Ende zu leiten. Als solche werden auch gekrümmte Flächen in einem oder beiden Kopfteilen des Schalldämpfers verwendet, wie z.B. in der US-PS 43 81 045 vom 26. April 1983. Ferner werden auch schüsselförmige Umlenkteile verwendet, welche an den Innwänden angebracht sind, um das Auslaßende eines Gasganges mit dem Einlaßende eines anderen zu verbinden, so beispielsweise in der US-PS 21 82 945 vom 12. Dezember 1939 und der US-PS 29 34 161 vom 26. April 1960.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird die Arbeitsweise eines Schalldämp­ fers mit niedrigem Gegendruck verbessert, indem Mittel zur Führung und Leitung der Strömungsumkehr an einem oder beiden Enden des Schalldämpfers vorgesehen werden. Dies wird durch eine gebogene Platte erreicht, welche an einer Stirnplatte im Abstand zu den Enden der Strömungswege befestigt ist.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Endansicht von der rechten Seite der Fig. 1 aus gesehen;

Fig. 3 eine Endansicht von der linken Seite der Fig. 1 aus gesehen;

Fig. 4 eine Seitenansicht der schüsselförmigen Strö­ mungsführung des Schalldämpfers nach Fig. 1-3;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 eine Frontansicht von der linken Seite der Fig. 4 aus gesehen;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers und

Fig. 8 eine Seitenansicht von der rechten Seite der Fig. 7 aus gesehen.

Der Schalldämpfer 1 nach den Fig. 1 bis 3 weist eine röhrenförmige Blechhülle 3 mit ovalem Querschnitt auf, welche an ihrer linken Seite von einer Stirnplatte 5 aus Blech geschlossen ist und an ihrer rechten Seite von einer Stirnplatte 7 aus Blech, wobei die Außenränder der Stirnplatten mit den Enden der Hülle 3 in gasdichten Ver­ bindungen 9 zusammengefügt sind.

Innerhalb der Hülle 3 befinden sich in Längsrichtung und im Abstand voneinander querverlaufende Trennelemente 11 und 13, welche als Querwände zusammenwirken und zusammen mit den Stirnplatten 5 und 7 das Innere des Schalldämpfers in eine linke Kammer 15, eine zentrale Kammer 17 und eine rechte Kammer 19 unterteilen. Die Stirnplatte 5 und die Wandelemente 11 und 13 weisen axial ausgerichtete, mit flanschartigen Ringen 21, 23 und 25 versehene Öffnungen auf; die Stirnplatte 7 und die Wandelemente 13 und 11 entsprechende Öffnungen mit flanschartigen Ringen 27, 29 und 31. Ein erstes Durchflußrohr 33 erstreckt sich durch die Ringe 21, 23 und 25 und stellt einen geraden Strömungsweg für das Gas zwischen der Außenseite des Schalldämpfers und der Kammer 19 her, wobei die Rohrab­ schnitte an den Ringen durch Anschweißen oder auf andere Art befestigt sind. Ein zweites Durchflußrohr 35 erstreckt sich parallel zu dem Rohr 33 durch die Ringe 27, 29 und 31 und stellt so einen geraden Strömungsweg für das Gas zwi­ schen der Außenseite des Schalldämpfers und der Kammer 15 her, wobei auch die beiden Abschnitte dieses Rohrs an be­ stimmten oder an allen Ringen befestigt sind. Die Abschnitte 37 und 39 der entsprechenden Rohre 33 und 35, welche außer­ halb des von der Hülle 3 und den Stirnplatten 5 und 7 gebildeten Gehäuses liegen, dienen als Muffen zur Befesti­ gung an den Leitungen (nicht gezeigt) einer Auspuffanlage mittels Klemmverbindungen oder dergleichen.

Die Abschnitte 41 und 43 der entsprechenden Rohre 33 und 35, welche zwischen den Wandelementen 11 und 13 (das heißt in der Kammer 17) liegen, sind perforiert, und zwar vorzugs­ weise, wie gezeigt, durch jalousieartige Schlitze um eine akustische Verbindung und Gasdurchfluß zwischen dem Inneren der Rohre und der Kammer zu ermöglichen.

Die Wandelemente 11 und 13 weisen axial ausgerichtete Öffnungen auf, welche mit flanschartigen Ringen 45 und 47 versehen sind und im wesentlichen auf der Mittellinie oder Achse der Hülle 3 und in gleichen Abständen von den Rohren 33 und 35 liegen. Ein drittes Durchflußrohr 49 erstreckt sich durch die Ringe 45 und 47 und stellt einen geraden Strömungsweg für das Gas zwischen den Kammern 15 und 19 dar, wobei das Rohr an einem oder beiden Ringen durch An­ schweißen oder ähnliches befestigt ist. Der Abschnitt 51 des Durchflußrohrs 49 zwischen den Wandelementen 11 und 13 (das heißt, in der Kammer 17) ist perforiert, vorzugsweise, wie gezeigt, durch jalousieartige Schlitze, um eine akku­ stische Verbindung und Gasdurchfluß zwischen dem Inneren des Rohrs und der Kammer zu ermöglichen. Zur Geräuschab­ schwächung kann in Kammer 17 eine Glasfaserfüllung (nicht gezeigt) vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer um die Innenwand der Kammer 17 (um die Rohre 33, 35, 49) gelegten Glasfaserschicht, welche so die Schalldämpfung verbessert.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 101. Dieses Beispiel wird im folgenden nur auszugsweise beschrieben, da die meisten Merkmale dieselben sind, wie im Schalldämpfer 1. Der Unterschied liegt in der Anordnung der Rohre, welche sich aus dem Gehäuse erstrecken. Im Schalldämpfer 1 sind sie an entgegengesetzen Seiten des ovalen Querschnitts an­ gebracht. Im Schalldämpfer 101 befindet sich das eine Rohr an der Seite, das andere auf Höhe der Mittelachse. Dadurch ergeben sich, wie im folgenden beschrieben, Aus­ wirkungen auf die Leitelemente zur Strömungsumkehr.

Der Schalldämpfer 101 weist eine Hülle 103 auf, welche mit den Stirnplatten 105 und 107 in Verbindungen 109 zu­ sammengefügt ist. Die Wandelemente 111 und 113 unterteilen zusammen mit den Stirnplatten das Innere der Hülle 3 in die Kammern 115, 117 und 119. Ein erstes Durchflußrohr 133 erstreckt sich durch die Stirnplatte 105 und die Wandele­ mente und verbindet so das Äußere des Schalldämpfers mit der Kammer 119. Ein zweites Durchflußrohr 135 erstreckt sich durch die Stirnplatte 107 und die Wandelemente und verbindet das Äußere des Schalldämpfers mit der Kammer 115. Das Rohr 135 entspricht dem Rohr 35 in Schalldämpfer 1, ist jedoch in Höhe der Mittelachse des Schalldämpfers 101 angebracht. Ein drittes Durchflußrohr 149 ist an den Wand­ elementen 111 und 113 angebracht uns stellt den Strömungs­ weg zwischen den Kammern 115 und 119 dar.

Angenommen, das linke Ende des Schalldämpfers 1 sei die Einlaßseite (obwohl es auch umgekehrt sein kann), so kann das durch das Rohr 33 eintretende Gas direkt in die Kammer 19 strömen. Nach einer Strömungsumkehr verläßt das Gas die Kammer 19 und strömt auf geradem Wege durch Rohr 49 wieder zur linken oder einlaßseitigen oder stromaufwärtigen Seite in die Kammer 15. Diese verläßt das Gas nach erneuter Strö­ mungsumkehr durch das Rohr 35 wieder in Richtung des strom­ abwärtigen Endes und aus dem Schalldämpfer hinaus. Das Gas in den Rohrabschnitten 41, 43 und 51 kann durch die jalousie­ artigen Schlitze in die Kammer 17 austreten, wodurch Quer­ oder Bypassströmungen zwischen den Rohren und der Kammer auftreten können. Gas, welches durch das Rohr 33 in die Kam­ mer 19 austritt, erfährt eine abrupte Vergrößerung seines Strömungsweges, ebenso wie das Gas, welches durch die jalousieartigen Schlitze in die Kammer 17 gelangt. Diese und andere akustische Mechanismen, welche in dem Schall­ dämpfer angewandt sind, dienen dazu, dem Gas beträchtliche Energiemengen zu entziehen und eine erhebliche Schalldämp­ fung in großen Frequenzbereichen zu erzielen. Arbeitsweise und Funktion des Schalldämpfers 101 sind die gleichen wie die des Schalldämpfers 1.

Während der abrupte Wechsel in der Größe des Durchflußweges des Gases zwischen den Rohren 33, 35 und 49 und den Seiten­ kammern 15 und 19 positive Auswirkungen auf die Geräusch­ reduzierung hat, führt er jedoch zu Turbulenzen und stei­ gendem Gegendruck in dem Schalldämpfer. Um die akustischen Vorteile zu erhalten und gleichzeitig das Nieder­ druckverhalten des Schalldämpfers zu verbessern sind erfindungsgemäß spezielle, aus Blech gepreßte Strömungs­ umkehrplatten 61 und 63 vorgesehen, welche die Strömung des Gases in den entsprechenden Kammern 19 und 15 leiten. Die Platten 61 und 63 sind im wesentlichen identisch, wie am besten in Fig. 1 und 4 bis 6 ersichtlich ist. Sie sind im wesentlichen kreisförmig gebogen und weisen an ihrer Rückseite in der Mitte flache, quadratische Abschnitte 65 auf, welche als Anlage und zum Anschweißen an der Innen­ seite der Stirnplatten 7 und 5 dienen, wie in Fig. 2 und 3 durch die ′′x′′-Markierungen 67 gezeigt ist. Die Höhe der Platten 61 und 63 (d.h. der Gesamtabstand zwischen der Fläche 65 und den Enden der Krümmung) beträgt vorzugsweise ungefähr die Hälfte der Länge der Kammern 19 oder 15, in welchen sie angebracht sind.

Die Länge der gedachten Sekante des Bogens der Platte 61 ist, wie in Fig. 1 gezeigt, ungefähr die gleiche wie der maximale Abstand zwischen den äußeren Rändern der Rohr­ abschnitte 41 und 51; die Länge der gedachten Sekante des Bogens der Platte 63 ist ungefähr die gleiche wie der maxi­ male Abstand zwischen den äußeren Rändern der Rohre 51 und 43 (in der dargestellten Anordnung sind diese Sekanten von derselben Länge). Die Platte 61 ist, wie aus Fig. 1 ersicht­ lich, an der Stirnplatte 7 in mittiger Position zwischen den beiden Rohren 33 und 49 angeschweißt; die Platte 63 ist an der Stirnplatte 5 in mittiger Position zwischen den beiden beiden Rohren 49 und 35 angeschweißt. Jede der Plat­ ten 61 und 63 hat somit einen Einlaßabschnitt, der in Längs­ richtung auf den Auslaß eines Rohrs oder Strömungsweges aus­ gerichtet ist und einen Auslaßabschnitt, welcher in Längs­ richtung auf den Einlaß eines anderen Rohres oder Strömungs­ weges ausgerichtet ist.

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, weisen die Platten 61 und 63 einen gebogenen Querschnitt auf (mit Ausnahme des flachen Abschnitts 65). Die konkave Seite ist dem Gasstrom zugewandt. Die Krümmung beschreibt vorzugsweise einen kreisförmigen Bogen um einen Radius, der dem Gesamtradius der Schüsselform entspricht, d.h. der seitlichen Höhe, wie aus Fig. 1 und 4 ersichtlich. Die Sekantenlängen des gebogenen Querschnitts der Platten 61 und 63 sind vorzugs­ weise etwas größer als der Außendurchmesser der Rohre, auf welche sie gerichtet sind. Wenn beispielsweise die Rohre 33 und 49 jeweils ca. 6 cm (2,25 Zoll) Außendurchmesser haben, so ist die Platte vorzugsweise ca. 6,5 cm (2,5 Zoll). Der gebogene Querschnitt verbessert sowohl die Festigkeit als auch die Strömungsfüh­ rung des Gases. Wie bereits erwähnt, sind die Platten 61 und 63 an den zugehärigen Stirnplatten so angeschweißt, daß sie in mittiger Position zu den zugehörigen Rohren entlang den oberen und unteren Achsen im ovalen Querschnitt liegen.

In Betrieb dient die Platte 61 dazu, das aus dem Rohr 33 austretende Gas so zu leiten, daß eine effektivere Strömungs­ umkehr eintritt und das Gas in das Rohr 49 einströmt. In gleicher Weise dient die Platte 63 dazu, das aus dem Rohr 49 austretende Gas so zu leiten, daß eine effektive Strö­ mungsumkehr und damit der Eintritt in das Rohr 35 stattfin­ det. Die Durchflußpfeile in Fig. 1 symbolisieren die Strö­ mungsrichtung und -leitung, wodurch der Gegendruck in der Anordnung mit Strömungsumkehr reduziert wird.

Im Schalldämpfer 101 nach den Fig. 7 und 8 kann die Platte 163 für die Kammer 115 dieselbe sein wie die Platte 63. Die axiale Position des Rohrs 135 verhindert jedoch die Verwendung einer einstückigen Strömungsführung wie bei­ spielsweise Platte 61. Diese kann jedoch entlang der Linie 162 (Fig. 6) in zwei Hälften 161 a und 161 b geteilt werden, welche an der Rückseite jeweils einen halben flachen Abschnitt 165 a und 165 b aufweisen. Diese können, wie durch die ′′x′′-Markierungen 167 dargestellt, an der Stirnplatte 107 auf beiden Seiten neben dem Rohr 135 an­ geschweißt werden und so als Strömungsführung 161 bis zu einem gewissen Grad für eine gleichmäßige Strömungsumkehr sorgen und damit einen positiven Effekt auf Gegendruck und Wirkungsweise des Schalldämpfers 101 bewirken. Bei dieser Anordnung dient die Hälfte 161 a als Einlaß- oder Strömungs­ aufnahmeteil des Elements 161 und die Hälfte 161 b als Aus­ laß- oder Strömungsabgabeteil des Elements 161.

Die in den Fig. 1 bis 8 dargestellten gebogenen Strömungs­ leitplatten sorgen für gleichmäßige und wirkungsvolle Strö­ mungsumkehr in den Endkammern und damit für einen niedrigen Gegendruck und einen hohen Leistungswirkungsgrad. Verglichen mit Schalldämpfern gleichen Typs ohne Platten, reduzieren die Strömungsleitplatten den Gegendruck beträchtlich und erreichen mit dem Schalldämpfer einen fast ebenso guten Leistungswirkungsgrad wie durch ein gerades Rohr erzielt wird. Außerdem bietet das Konzept der Schalldämpfer 1 und 101, insbesondere wenn eine Glasfaserfüllung in den Kammern 17 oder 117 vorgesehen wird, eine hervorragende Schalldämp­ fung, da das Geräusch in den drei Kammern und den drei ge­ schlitzten Rohren abgeschwächt wird und durch deren spe­ zielle Ausformung ein kehliger, weicher Sound erzeugt wird, wie er bei Hochleistungsmotoren beliebt ist. Die dargestell­ te Anordnung vereinfacht die Konstruktion und Produktion und vermeidet das Problem von Klingel- oder Klopfgeräuschen, wie sie durch das direkt auf die Stirnplatten auftreffende Gas erzeugt werden.

Weitere Ausführungsformen der speziellen Anordnungen wie dargestellt und beschrieben sind möglich, ohne die Aufgabe und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

1. Abgasschalldämpfer gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Längsachse, Gasdurchflußrohre in dem Gehäuse, welche sich im wesentlichen parallel zur Achse erstrecken, wobei das Gehäuse eine vertikale Wandanord­ nung aufweist, welche eine Querkammer begrenzt, eines der Durchflußrohre einen Strömungsweg für das Gas in eine Richtung parallel zur Achse bildet und eine Aus­ laßöffnung in die Querkammer aufweist, ein zweites der Durchflußrohre einen Strömungsweg in die entgegenge­ setzte Richtung, parallel zur Achse bildet und eine Einlaßöffnung zu der Kammer aufweist, und durch eine Leit- und Führungseinrichtung für die Gasströmung, welche an der Wandanordnung in der Querkammer zu dem Einlaß und dem Auslaß ausgerichtet und im Abstand dazu angebracht ist und so eine 180°-Strömungsumkehr des Gases in der Querkammer bewirkt, wodurch das Gas vom Auslaß zum Einlaß strömt.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit- und Führungseinrichtung aus einer gebo­ genen Platte besteht, deren Einlaßabschnitt zu dem Auslaß ausgerichtet ist und deren Auslaßabschnitt zu dem Einlaß ausgerichtet ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Platte breiter ist als Einlaß und Auslaß, einen gebogenen Querschnitt aufweist und eine konkave Seite, welche dem Einlaß und Auslaß gegenüber­ liegt.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der gebogenen Platte im wesentlichen gleich der halben Länge der Querkammer ist.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Platte in der Mitte einen flachen Abschnitt aufweist, welcher als Anlage und zur Befesti­ gung an der Wandeinrichtung dient.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit- und Führungseinrichtung ein erstes gebo­ genes Plattenteil aufweist, welches als Einlaßabschnitt dient und zu dem Auslaß ausgerichtet ist, und vertikal beabstandet dazu ein zweites gebogenes Plattenteil, welches so angeordnet ist, daß es Gas vom ersten aufnimmt und einen auf den Einlaß gerichteten Auslaßabschnitt aufweist.

7. Abgasschalldämpfer, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Längsachse, einen Strömungskanal zur Strömungsumkehr des Gases in dem Gehäuse, eine Wandan­ ordnung, welche eine Querkammer in dem Gehäuse begrenzt, wobei der Strömungskanal aus einem ersten Durchflußab­ schnitt mit einem Auslaß in die Kammer und einem zweiten Durchflußabschnitt mit einem Einlaß in die Kammer besteht und eine gebogene Leitplattenanordnung, welche an der Wandanordnung angebracht ist, sich in Längsrichtung in der Kammer erstreckt und auf den Einlaß und den Auslaß gerichtet ist und welche einen Einlaßabschnitt aufweist, der zur Gasaufnahme aus dem Auslaß dient, und einen Auslaßabschnitt, der zum Zuführen von Gas in den Einlaß dient.

8. Abgasschalldämpfer, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse mit ovalem Querschnitt, einen Strömungskanal zur Strömungsumkehr des Gases in dem Gehäuse, eine Wandanord­ nung, welche eine erste und eine zweite Querkammer in dem Gehäuse begrenzt, wobei der Strömungskanal aus einem ersten Abschnitt mit einem Auslaß in der ersten Kammer, einem zweiten Abschnitt mit einem Einlaß in der ersten Querkammer und mit einem Auslaß in der zweiten Querkammer und aus einem dritten Abschnitt mit einem Einlaß in der zweiten Querkammer besteht, ein erstes gebogenes Strömungs­ leitelement, das an der Wandanordnung so angebracht ist, daß es sich in Längsrichtung in die erste Kammer erstreckt, und das einen Einlaßabschnitt, der zur Gasaufnahme zu dem Auslaß des ersten Strömungsabschnitts ausgerichtet ist, sowie einen Auslaßabschnitt, der zur Gaszufuhr zu dem Einlaß des zweiten Strömungsabschnitts ausgerichtet ist, aufweist, und durch ein zweites Strömungsleitelement, das an der Wandeinrichtung so angebracht ist, daß es sich in Längsrichtung in die zweite Kammer erstreckt, und das einen Einlaßabschnitt, der zur Gasaufnahme auf den Aus­ laß des zweiten Strömungsabschnitts ausgerichtet ist, und einen Auslaßabschnitt, der zur Gaszufuhr auf den Einlaß des dritten Strömungsabschnitts ausgerichtet ist, aufweist.