DE3740341A1 - Schalldaempfer mit stroemungsleitplatten - Google Patents
Schalldaempfer mit stroemungsleitplattenInfo
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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.
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