DE949974C

DE949974C - Schalldaempfer fuer pulsierende Stroemungen, insbesondere fuer den Auspuff von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE949974C
Application number: DEB25164A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boysen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-04-14
Filing date: 1953-04-14
Publication date: 1956-09-27

Description

Schalldämpfer für pulsierende Strömungen, insbesondere für den Auspuff von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalldämpfer für pulsierende Strömungen, insbesondere für den Auspuff von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, bei welchem das pulsierende Medium durch einen ringförmigen Raum hindurchgeleitet wird, welcher zwei Kammerre miteinander verbin, det, wobei der Ringraum durch auf den Umfang verteilte Eintrittsöffnungen, mit der Eingangskammer und durch auf den Umfang verteilte Austrittsöffnungen mit der Ausgangskammer verbunden ist.
Es sind Schalldämpfer der vorerwähnten Art bekannt, bei welchen die Abgase aus einer inneren, Kammer über Öffnungen in einen äußeren Ringraum gelangen, aus dem sie durch entsprechende Öffnungen in eine zweite innere Kammer übertreten können.. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen des Ringraumes liegen jedoch jeweils in gleichen Querebenen., so daß die in den Ringraum gelangenden Einzelströme jeweils einen gleich. langen Weg bis. zu den Austrittsöffnungen zurückzulegen haben..
Des weiteren, sind Schalldämpfer bekannt:, bei welchen die Abgase in einen doppelkonischen Ringraum durch Öffnungen in; der einen konischen Wand eintreten und, aus welchem sie durch Austrittsöffnungen in der anderentkonischen Wand. austreten. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen sind: jedochhierbei im großerZahlüberdieganzejeweilige konische Wandung verteilt, derart, daß die konischen Wandungen nach Art eines siebartig durchlochten Bleches ausgebildet sind.
D ie Erfindung bezweckt demgegenüber eine besonders wirksame Dämpfung bei gleichzeitig geringen Leistungsverlusten. und konstruktiv und, fabrikatorisch möglichst einfachem Schalldämpferaufbau. Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen darin, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen des Ringraumes in größerer Anzahl in je einer sich über den Umfang erstreckenden Reihe derart angeordnet sind, daß das Medium den Ringraum im wesentlichen in axialer Richtung durch; strömt, und die Austrittsöffnungen von den Eintrittsöffnungen in Achsrichtung des ,Ringraumes einen: verschieden großen Abstand- voneinander haben, wobei vorzugsweise die Austrittsöffnungen auf einer Schraubenlinie angeordnet sind. Zweckmäßig verengen sich die Ringräume an ihren. Enden düsenartig bzw. sind durch düsenartige Austritts-bzw. Eintrittsöffnungen mit den, anschließenden Kammern verbunden.
Durch die- Erfindung werden vor allem folgende Vorteile erzielt: Durch die Zwischenschaltung von ringförmigen, insbesondere düsenartig ausgebildeten: oder düsenartig ausmündenden Ringräumen, wird eine wirksamei Vergleichsmäßigung des pulsierenden Stromes erzielt. Die düsenförmige Ausbildung bzw. Ausmündung des Ringraumes ermöglicht hierbei ein verlustloses Abströmen dies pulsierenden Mediums in einer Richtung, während gleichzeitig einer Rückkehr des Stromes in umgekehrter Richtung ein hoher Widerstandr entgegengesetzt wird.
Dadurch, da,ß die in einer über den Umfang sich erstreckenden Reihe angeordneten Eintrittsöffnungen in: axialer Richtung des. Schalldämpfers einen verschiedenen Abstand von den. ebenfalls in einer sich über dien Umfang erstreckenden Reihe von dien Austrittsöffnungen haben, wird erreicht, daß den einzelnen parallelen Stromfäden, in welche der Strom aufgeteilt wird, verschiedene Eigenfrequenzen zugeordnet sind. und dadurch insbesondere in Verbindung mit der Aufteilung des geschlossenen Stromes in einen ringförmigen Strom eine wirksame, Dämpfung verschiedenster Frequenzen ermöglicht wird:.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind zwei entsprechend ausgebildete Ringräume je mit einer Reihe zueinander verschiedenen Abstand. voneinander besitzender Ein- und. Austrittsöffnungen vorgesehen, wobei die Ringräume unter -Zwischenschaltung eines Ausgleichsraumes hintereinandergeschaltet sind. Zweckmäßig ist hierbei zugleich dem ersten Ringraum ein Vorschallraum vorgeschaltet und dem zweiten Ringraum ein Nachschallraum nachgeschaltet, während die Ringräume verschiedene Länge haben. Die Ringräume können in zweckmäßiger Weise nach vorn und/oder hinten axial abgeschirmt sein, insbesondere derart, daß das Medium nur nach mehrfacher Umlenkung in den oder die Ringräume ein- bzw. austreten kann. Zusätzlich zu der durch die axiale Versetzung der Eintritts- und- Austrittsöffnungen kann durch die verschiedene Länge der beiden, Ringdüsenräume eine weitere Verringerung von Resonanzerscheinungen erzielt bzw. diese praktisch vollständig vermieden werden. Durch die Zwischenschaltung des Ausgleichraumes zwischen, dem ersten und dem zweiten Ringraum wird weiter der aus dem ersten Ringraum mit Interferenz aus-'tretende pulsierende Strom wirksam vergleichmäßigt und- durch die nachfolgende nochmalige Aufteilung auf einen Ringraum noch weiter ausgeglichen.
Durch die axiale Abschirmung der Eintritts-und Austrittsöffnungen, wobei diese mehr oder weniger radial gerichtet sein können, werden die Schallschwingungen und Resonanzerscheinungen weiter gedämpft.
Des weiteren ist zweckmäßig die Anordnung derart getroffen, daß der Eintritt aus dem Schalldämpfereinlaß in dien ersten Ringraum (Ringdüse) bzw. der Austritt aus, dem zweiten Ringraum (Ringdüse) in den Auslaß des Schalldämpfers über eine oder mehrere Umlenkungen unter Zwischenschaltung weiterer z. B. mit Reflektion wirkender Dämpfungskammern erfolgt.
Wie die Erfahrung gezeigt hat, kann mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schalldämpfer eine im Vergleich zu. den bekannten, Schalldämpfern gleicher Größe außerordentlich hohe Dämpfungswirkung erzielf werden..
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer läßt sich zugleich in. einfacher Weise herstellen, indem beispielsweise nur rohrförmige, scheibenförmige oder topfförmig gezogene Blechteile verwendet werden. Die Ringräume können. bei düsenförmiger Ausbildung oder mit düsenförmigen Austritts- b,zw. Eintrittsöffnungen in einfacher Weise durch an: ihren Enden z. B. zum Anschluß an den Außenmantel nach außen abgebogene Blechrohre gebildet werden., in welche die Eintritts- oder Austrittsäffnungen bei hutzenförmiger Ausbuchtung derselben. in einfacher Weise eingedrückt oder eingestanzt werden können. Gleichzeitig können die die Ringräume bildenden. Blechrohre auch zur axialen. Abschirmung der Ein- oder Austrittsöffnungen. mit nach innen gerichteten flanschartigen Abbiegungen versehen sein.
Der gesamte Schalldämpfer wird zweckmäßig in einem stromlinienförmig gestalteten Rohrgehäuse untergebracht und kann aus einem durch Verschweißen der einzelnen Blechteile hergestellten Stück bestehen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn der Schalldämpfer zerlegbar ausgeführt wird, so daß die Innenräume des Schalldämpfers leicht zugänglich sind, und leicht gereinigt werden können. Die Zerlegbarkeit ist in zweckmäßigster Weise derart vorgesehen, das. der eine Endteil des Gehäuses mit den dem Elrilaß benachbarten Einbauten sowie der andere Endteil des Gehäuses mit den dem Auslaß benachbarten Einbauten an. den den äußeren. Gehäusemantel bildenden Mittelteil angesetzt wird und alle drei Teile durch einen z. B. an den inneren Querwandungen des Gehäuses abgestützten, durchgehenden Längsboilzen zusammengehalten werden.
In der Zeichnung sind,zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch. einen einteilig hergestellten Schalldämpfer, Fig. 2 einen. Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i, Fig. 3 eine beispielsweise Ausführungsform eines a:useinandernehmbarenSchalldämpfers in kleinerem Maßstäbe, Fig. 4 den Schalldämpfer nach Fig. 3 in auseinanderge.nomme.nem Zustande und Fig. 5 eine etwas andicre Ausführung der Ringdüse.
In den Figuren ist A ein Einlaßraum, B ein Vorschallraum, C eine erste Ringdüse (bzw. Ringdüsenraum), D ein Hauptausgleichraum, E eine zweite Ringdüse (bzw. Ringdüsenraum), F ein dieser Düse nachgeschalteter Nachschallraum, G ein ringförmiger Rückströmraum undi H ein. Auslaßraum bzw. die Auslaßleitung des Schalldämpfers.
Im einzelnen besteht der Einlaßteil des Schalldämpfers aus einem stromlinienförmig gestalteten Blech io, in welches ein Rohr ii mit konischem Übergang i2 eingeschweißt ist. Das, Rohr i i ist durch eine Querwand 13 des Schalldämpfers nach hinten abgeschlossen und mit Öffnungen 14 versehen, durch welche die in Pfeilrichtung a, eintretenden Gase aus dem Einlaßraum A in. den Vorschallraum B übertreten können. Auf die Querwand 13 ist das Rohr 15 aufgeschweißt. Ferner ist in den aufgeweiteten Rand 16 des Rohrteiles io das den, Hauptteil der Außenwand des Schalldämpfers bildende Mantelrohr 17 eingesetzt und mit ihm gasdicht verschweißt. Das. Rohr 15 ist an seinen beiden Enden, auf größeren Durchmesser aufgeweitet, so daß es am Außenmantel anliegt. Das vordere Ende ist hierbei zu einer Abschirmwandung i8 nach innen umgebogen, so daß es die axial gerichteten ausgestanzten Eintrittsbutzen. i9 vom, vorn her abschirmt. Das nach außen aufgeweitete hintere Endc 2o des Rohres 15 schließt den. Ringdüsenra:um C gegen den äußeren Mantel 17 des Schalld.ämpfergehäuses dicht ab,. Vor der Ausbiegung 20 sind durch Stanzen, eine Reihe von Austrittsdüsen oder Austrittsbutzen 21 in. das Rohr 15 nach innen; herausgedrückt, und zwar derart, daß die Düsen oder Hutzen: auf einer Schraubenlinie: angeordnet sind, also .einen voneinander verschiedenen. Abstand von, dien: Eintrittsöffnungen. i9 haben.
In entsprechender Weise wie der Ringdüsen,-raum C ist der kürzere Ringdüsenraum E ausgebildet. Er wird einerseits durch das äußere Mantelrohr 17 und andererseits durch ein Innenrohr 22 gebildet, welches an. seinem vorderen Ende bei 23 und. an seinem hinteren Ende bei 24 nach außen abgebogen ist und durch Ausstanzen einerseits die vorderen Ein.trittsöffn,ungen 25 und andererseits die hinteren Düsenöffnungen 26 bildet. In das Rohr 22 ist eine Querwand 27 eingeschweißt, welche die mittlere Ausgleichkammer D gegen den Nachschallräum F, den Ringraum G und die Austritts.leitunig H abtrennt. Der Ringdüsenra:um E mündet mittels Düsenöffnungen 26, welche in ähnlicher Weise wie die Düsenöffnungen 21 auf einer Schraubenlinie angeordnet sind, in den Nachschallraum F ein, der seinerseits durch ein Rohr 28 gegen den ringförmigen Rückströmraum G abgeteilt ist und mit diesem durch die hintere Ringöffnung 29 in Verbindung steht. Das, den Auslaßraum H bildende Rohr 3o ist einerseits an die Querwand 27 und andererseits an den mit dem Außenmantel 17 bei 31 verschweißten, trichterförmigen Endteil 32 des Schalldämpfergehä:uses angeschweißt. Das, vordere Ende des Rohres 30 ist bei 33 abgeschrägt, so. daß an dieser Stelle eine einseitige Verbindung zwischen dem Rückströmraum G und dem Auslaßraum H gebildet wird. Eine am äußeren Mantel 17 angeschweißte Schelle 34 dient zur Befestigung das Schalldämpfergehäuses am Fahrzeugrahmen. oder einer sonstigen geeigneten Stelle des Fahrzeuges.
Wie ersichtlich, tritt das pulsierende Medium, z. B. die Abgase eines Kraftfahrzeugmotors, in Richtung a in den Einlaßraum A ein, gelangt durch die Öffnungen 14 des durchbrochenen Rohres i i in den Vorschallraum Bund unter Umlenkung an der Abschirmung 18 in den ersten Ringdüsenraum C. Von hier aus tritt das Medium über die Düsenöffnungen oder Hutzen 21 in. den mittleren Ausgleichraum D über, wobei den einzelnen, Stromfäden infolge der in verschiedenen- Abständen von der Querwand 13 liegenden öffnungen2i verschiedene, sich gegenseitig störende Eigenfrequenzen. zukommen.
Aus denn Ausgleichraum D, in welchem der pttlsierende, Strom wirksam vergleichmäßigt wird, tritt das Medium in einem gewissen; Abstand von der hinteren Ouerwan:d:27 unter Ablenkung in. den zweiten Ringdüsenraum E über, von welchem es über die, zueinander axial versetzten Düsenöffnungen 26 in den Nachschallraum F übertritt. Aus dem Raum F gelangt das Medium hierauf unter Rückströmen durch den Rücksträmraum G über die einseitige Öffnung 33 in das Auslaßrohr H.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 und 4 unterscheidet sich von dem vorhergehenden, Aus.-füh.rungsbeispiel im wesentlichen nur durch die Auseinandernehmba:rkeit des Gehäuses. Der Schalldämpfer besteht hierbei, wie insbesondere aus. Fig. 4 hervorgeht, z. B. aus den drei Teilen I, II und III, wobei der Teil I die Blechteile io, i i, 13 und; 15, der Teil II den Außenmantel 17 und der Teil III die Blechteile 22, 27, 28, 30, 30', 32 und 36 umfaßt. Das Rohr 30 ist hierbei in Abweichung von dem ersten Ausführungsbeispiel an seinem hinteren Ende bei 30' erweitert und: enthält in. seinem Innern ein: mit ihm in geeigneter Weise verbundenes, z. B. mit Löchern 35 versehenes Rohr 36, in das eine Querwand 37 eingeschweißt ist, so, daß das Me, dium .aus dem Raum H über die Löcher 35 in den Ringraum H' nach außen übertritt.
Die Querwand 37 dient ebenso, wie die Querwand: 13 zur Aufnahme eines durchlaufenden Bolzens 38, der z. B. von vorn her durch den Einlaßra. um A eingeführt ist, und sich mittels seines Kopfes 39 an der Querwand: 13 abstützt. Der Bolzen 38 ist durch je eine CSffnung in den Querwänden 13, 27 und 37 hindurchgeführt und. an letzterer durch eine: Mutter ¢o verspannt.
An den Anschlußstellen der Teile I, -II und III sind Ringdichtungen ,41 und. d.a vorgesehen. Durch Abschrauben der Mutter 40 können: die drei Teile I, II und III voneinander gelöst werden, so daß ihr Inneres. zur Reinigung im wesentlichen frei zugänglich, ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist die Ringdüse C über ihre ganze Länge sich konisch verjüngend ausgebildet. Sie wird: durch, ein; sich nach hinten erweiterndes Rohrstück 15' gebildet, in welches die Eintrittshutzen ig' und die Austrittshutzen 2i' nach innen herausgedrückt sind. Es läßt sich hierdurch ein besonders zügiger Abgasstrom erzielen:, und, örtlich stärkere Erhitzungen der Blechwandungen. können wirksamer vermieden werden..

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Schalldämpfer für pulsierende Strömungen, insbesondere für den Auspuff von Kra.ftfa.hrzeug-Brennkraftmaschinen, bei welchem das. pulsierende Medium durch einen ringförmigen. Raum hindurchgeleitet wird, welcher zwei Kammern miteinander verbindet, wobei der Ringraum durch auf den Umfang verteilte Eintrittsöffnungen mit der Eingangskammer und durch auf den. Umfang verteilte Austrittsöffnungen mit derAusgangskammerverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen des Ringraumes in größerer Anzahl in je einer sich über den Umfang erstreckenden. Reihe derart angeordnet sind., d;aß das Medium den Ringraum im wesentlichen. in axialer Richtung durchströmt, und die Austrittsöffnungen. von den Eintrittsöffnungen. in Achsrichtung des Ringraumes einen verschieden großen Abstand voneinander haben, wobei vorzugsweise die Austrittsöffnungen auf einer Schraubenlinie angeordnet sind. z. Schalldämpfer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mit verhältnismäßig engem; Querschnitt ausgebildeten Ringräume sich an. ihren. Enden, düsenartig verengen bzw. durch düsenartige Austritts- bzw. Eintrittsöffnungen mit den anschließenden Kammern verbunden sind. 3. Schalldämpfer nach. Anspruch i und. 2, dadurch gekennzeichnet, da,ß zwei entsprechend ausgebildete Ringräume je mit einer Reihe zueinander verschiedenen Abstand voneinander besitzenden Ein- und Austrittsöffnungen unter Zwischenschaltung eines Ausgleichraumes hin tereinandergeschaltet sind. q.. Schalldämpfer nach Anspruch: i bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der oder die Ringräume durch je ein in das äußere Schalldämpfergeh.äuse eingesetztes Blechrohr gebildet werden, dessen konisch sich erweiternde Enden sich von innen gegen. das ebenfalls aus einem Blechrohr bestehende Gehäuse anlegen und. mit diesem verschweißt sind, wobei die Eintritts-und Austrittsöffnungen durch nach innen herausgedrückte, vorzugsweise hutzenartig in Stromrichtung nach hinten geöffnete Ausbuchtungen des eingesetzten Rohres gebildet werden. 5. Schalldämpfer nach Anspruch i bis d., dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei düsenförmig ausgebildeten oder düsenförmig ausmündenden Ringräumen sowohl zwischen beiden Räumen ein Ausgleichranm zwischengeschaltet als auch dem ersten Ringraum ein Vorscha.llraum vorgeschaltet und dem zweiten Ringraum ein Nachschallraum nachgeschaltet sind und die Ringräume verschiedene Länge haben.. 6. Schalldämpfer nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen des oder der Ringräume nach vorn und/oder hinten axial abgeschirmt sind und das Medium nur nach mehrfacher Umlenkung in, den oder die Ringräume ein- bzw. austreten kann. 7. Schalldämpfer nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten; Ringraum ein mit der Zuleitung durch ein gelochtes Rohr verbundener, sich in Stromrichtung über die. Eintrittsöffnungen bzw. -öffnung des ersten Ringraumes erstreckender als Vorschauraum dienender Sainmelra.um vorgeschaltet ist. B. Schalldämpfer nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Ringraum ein, mit der Auslaßleitung durch. einen vorzugsweise ringförmigen Rückströmkanal verbundener, sich entgegen der Stromrichtung über die. Austrittsöffnungen des zweiten Ringraumes erstreckender als Nach.schallraum dienender Sammelraum nachgeschaltet ist. g. Schalldämpfer nach Anspruch, 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung mit dem Rückströmraum durch eine am vorderen Ende desselben einseitig angeordnete, z. B. abgeschrägte Öffnung verbunden. ist. io. Schalldämpfer nach Anspruch i bis g, gekennzeichnet, daß Vorschallraum, erster düsenförmig ausgebildeter oder ausmündender Ringraum, A.usgleichraum, zweiter düsenförmig ausgebildeter oder ausmündendef Ringraum, Nachschallraum usw. in an. sich bekannter Weise durch einfache Blechrohre oder Blechwandungen: innerhalb eines vorzugsweise stromlinienförmig gestalteten., rohrförmigen Gehäuses gebildet sind. . i i. Schalldämpfer nach. Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die die Innenwände der Ringräume bildenden und. an. dien Enden nach außen, abgebogenen am äußeren Gehäuse anliegenden Rohre gleichzeitig die Abschirmurigen. für die! Ein.- bzw. Austrittsöffnungen. durch nach innen gerichtete Abbiegungen bilden. r2. Schalldämpfer nach Anspruch I bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer auseinandernehmbar ausgebildet ist, ins.beso@ndere derart, daß der eine Endteil des Gehäuses (I) mit den. dem Einlaß benachbarten Einbauten sowie der andere Endteil des Gehäuses (III) mit dien dem Auslaß benachbarten Einbauten an den den äußeren Gehäusemantel bildenden Mittelteil (II) angesetzt und alle drei Teile z. B. durch einen an inneren Querwandungen des Gehäuses abgestützten, durchgehenden Längsbolzen, zusammengehalten werden. 13- Schalldämpfer nach Anspruch i bis i2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringdüsenraum sich vom Eintrittsende zum Austrittsende konisch verjüngt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften, Nr. 850 536, 654 804, 569 657, 638 787, 736 633. 647 591, 626 321; schweizerische Patentschrift Nr. 142 838; französische Patentschriften Nr. 328 098,- 435 137; USA.-Patentschrift Nr. 2 527 052; deutsche Gebrauchsmuster Nr. i 326 16o, i 397 46o; deutsche Patentanmeldung B 17 1847Ia/46c6.