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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schalldämpfer für strömende
Gase, insbesondere für starkpulsierendeMotorabgase mit wesentlichen hochfrequenten
Anteilen. Die hier herrschenden Bedingungen machen es erforderlich, besondere Vorkehrungen
zu treffen, um eine befriedigende Wirkung der Schalldämpferanlage zu erreichen.
Die bestehenden Probleme sollen nachstehend im einzelnen dargelegt werden: Die Konstrukteure
von Ottomotoren für Automobile greifen nun in ihrem Bestreben, die Motorleistung
zu steigern, auf an sich bereits bekannte Erkenntnisse bezüglich der Ausgestaltung
der Auspuffsammelrohre zurück. Bisher war es allgemein üblich, die üblicherweise
vier oder sechs Zylinder eines Motors in symmetrischer Anordnung an ein gemeinsames
Auspuffrohr anzuschließen. Dies ist jedoch, wie an sich bekannt, nicht unbedingt
die beste Lösung der Führung der Abgase in Motornähe. Diese Abgasführung kann insonderheit
z. B. auch durch größere Querschnitte auf einem längeren Weg wesentlich verbessert
werden. So werden neuerdings Sammelrohre angewandt, bei denen nur die Hälfte der
Zylinderzahl in ein Sammelrohr geführt wird, während die andere Hälfte der Zylinder
in ein eigenes Sammelrohr mündet. Diese beiden Sammelrohre werden über eine gewisse
Länge als Doppelleitung geführt und dann erst in einem Rohr vereinigt. Durch Abstimmung
der einzelnen Längen können Leistungsgewinne erzielt und gleichzeitig die thermische
Belastung des Motors verbessert werden, unter Umständen ist sogar eine Erhöhung
der Verdichtung des Motors möglich.
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Durch derartige leistungssteigernde Anordnungen in der Abgasführung
wird jedoch die Schalldämpfung außerordentlich erschwert. Während beim konventionellen
Sammelrohr durch die symmetrische Anordnung der einzelnen Rohrabschnitte und den
nur einzigen vorgesehenen Austritt ein Teil der Schallenergien bereits im Sammelrohr
vernichtet wurde (allerdings meistens verbunden mit einer ungünstigen Leistungsbeeinflussung),
wird bei der neuen Sammelrohranordnung durch die Einmündung jeweils nur der Hälfte
der Zylinder in eine Leitung praktisch die Motorgrundfrequenz in den einzelnen Leitungen
halbiert, wodurch diese in einen tieferen Frequenzbereich verlagert wird. Hinzu
kommt, daß die beiden Gasströmungen eine zeitliche Phasenverschiebung aufweisen,
durch die der Geräuschcharakter (insbesondere dessen Klangfarbe) insgesamt erheblich
verändert wird. Die Eintrittslautstärke im Schalldämpfer steigt bei solchen Sammelrohranordnungen
gegenüber dem konventionellen Sammelrohr um 8 bis 10 dB an. Dies hat zur Folge,
daß demgemäß auch die Schalldämpferanlage eine um 8 Iris 10 dB größere Dämpfung
erbringen muß.
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Diese größere Dämpfung: kann an sich durch -die Anordnung von zwei
Schalldämpfern recht gut erreicht werden, so däß die stationären Betriebszustände
genügend ausgedämpft sind. Sehr empfindlich sind jedoch solche Anlagen gegenüber
instationären Strömungsvorgängen, wie sie z. B. beim Anfahren und Schalten oder
beim rasch wechselnden Betätigen des Gaspedals auftreten. Es bilden sich dann die
bekannten Schnattergeräusche und außerdem Körperschall im ersten Schalldämpfer,
in den die Abgase noch mit außerordentlich hoher kinetischer und akustischer Energie
eintreten. Da Vorschalldämpfer, schon wegen der Einbauverhältnisse, üblicherweise
nur verhältnismäßig klein ausgebildet werden können, ist es außerordentlich schwierig,
wenn nicht unmöglich, hier die erforderliche Dämpfwirkung zu erzielen. Selbst die
Anwendung doppelwandiger Bleche für die Schalldämpferteile, insonderheit für dessen
Gehäuse, vermögen hier nicht in genügendem Umfange Abhilfe zu schaffen, da eine
Schallbrücke zwischen Ein- und Ausgangsstutzen infolge des kleinen Gehäuses praktisch
unvermeidlich ist.
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Es besteht also die Aufgabe, einen Schalldämpfer bzw. ein Schalldämpfersystem
zu entwickeln, das eine ausreichende Dämpfung unter den geschilderten schwierigen
Verhältnissen sicherstellt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Schalldämpfer, der an
sich die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale vereinigt: a) Ein mit
dem Eingangsstutzen verbundener Vorschalldämpfer weist in axialen Abständen Querböden
auf, von denen die -äußeren perforiert sind und die inneren ein perforiertes, koaxiales
Innenrohr tragen und miteinander eine Kammer bilden.
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b) Das Gehäuse des Vorschallldämpfers ist über seine gesamte Länge
mit allseitig radialem Abstand von einem Gasführungsrohr umgeben, das im Abstand
vom letzten Querboden mittels eines Stirnbodens geschlossen ist.
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c) Das Gasführungsrohr ist unter Bildung einer Kammer mit allseitig
radialem Abstand und mit axialem Abstand von seinem vorderen und hinteren Ende von
einem gegebenenfalls aus zwei Halbschalen gebildeten Gehäuse umgeben, das vom Eingangsstutzen
durchdrungen wird und einen Austrittsstutzen aufweist, wobei im vom Gehäuse und
Gasführungsrohr gebildeten Ringraum in axialen Abständen perforierte Zwischenböden
angeordnet sind.
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Die Mäntel der Gehäuse können wenigstens zum Teil in an sich bekannter
Weise doppelwandig ausgebildet sein.
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Da der Vorschalldämpfer keine direkte Verbindung mit der Außenwandung
des Schalldämpfers aufweist, erhält letzteres eine wesentlich verminderte Anregung
durch die einströmenden Auspuffgase. Die bei der vorbeschriebenen neuen Abgasleitungsführung
gegebenen außerordentlich hohen kinetischen und akustischen Energien werden beim
Durchströmen des Vorschaudämpfers schon erheblich herabgemindert.
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Durch doppelwandige Ausbildung der Mäntel der Gehäuse kann die Körperschallverminderung
weiter erheblich verbessert werden. Durch die Doppelwandigkeit wird vor allem auch
erreicht, daß die Abgase exakt den ihnen vorgeschriebenen Weg durch das Schalldämpferirmere
nehmen und Partialkurzschlüsse zwischen Schalldämpferein- und -ausgang praktisch
unterdrückt werden, was weiterhin den Dämpfungseffekt erheblich verbessert.
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Die vorbeschriebene Anordnung kann, je nach den gegebenen Betriebsbedingungen,
als einziger Schalldämpfer einer Anlage vorgesehen sein, wenn z. B. an die Dämpfung
der nachfolgenden Rohrleitungen keine zu hohen Anforderungen mehr gestellt werden,
sie kann auch in Verbindung mit einem Nachschalldämpfer üblicher Bauart eingebaut
werden, wenn dies notwendig oder erwünscht erscheint.
Die beanspruchten
Einzelmerkmale des neuen Schalldämpfers sind, wie schon ausgeführt wurde, zwar an
sich vorbekannt, jedoch bringt die Vereinigung derselben in einem Aggregat die vorgeschriebenen
Vorteile mit sich. Bei einer bekannten Ausführungsform wird z. B. der Gasstrom,
ebenfalls zweifach, umgelenkt, hier fehlt aber die Ausbildung der inneren Konstruktionsteile
des Vorschaudämpfers. Es ist lediglich ein einfacher Eingangsstutzen vorgesehen.
Ähnliches gilt für eine weitere bekannte Ausführungsform. Auch hier fehlt ein sich
an den Eingangsstutzen anschließender Vorschalldämpfer, außerdem die Anordnung von
perforierten Zwischenböden in dem durch die äußere Kammer und dem mittleren Gasführungsrohr
gebildeten Ringraum. Alle vorbekannten Schalldämpferformen waren ganz eindeutig
nicht auf .die eingangs umrissene Aufgabe ausgerichtet, nämlich auch unter den geschilderten
schwierigen Umständen eine ausreichende Dämpfung sicherzustellen. Demgemäß konnten
auch die älteren Erfinder nicht zu dem erfindungsgemäßen Vorschlag der Ausbildung
eines Schalldämpfers gelangen.
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In der nachfolgenden Beschreibung ist an Hand einer in der Zeichnung
beispielsweise und schematisch dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dieser weiter erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen
Schalldämpfer in seiner Längsachse; in F i g. 2 ist ein waagerechter Längsschnitt,
etwa nach der Linie 11-II der F i g. 1, wiedergegeben.
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Die vom Motor kommenden Abgase treten durch einen Eingangsstutzen
1 in einen Vorschaudämpfer ein, welcher als abgeschlossener Topf im Inneren des
eigentlichen Schalldämpfers untergebracht ist. Der Topf dieses Vorschalldämpfers
besteht aus Gründen wirtschaftlicher Herstellung vorzugsweise aus zwei Schalenhälften
2 und 3, die mit tiefen Sicken 4 versehen sind, die in Radialebenen zur Längsachse
des Topfs verlaufen. Diese Sicken 4 erlauben eine einwandfreie Festlegung der Innenausstattung
des Vorschalldämpfers. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht diese aus Zwischenböden
5, 6, 7 und 8, wobei die beiden Zwischenböden 5 und 8 perforiert sind und die beiden
Zwischenböden 6 und 7 ein Interferenzrohr 9 haltern, dessen Perforation 10 eine
Verbindung mit der Kammer 11 schafft, die durch die beiden Böden 6 und 7 gebildet
wird.
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Der Vorschaudämpfer ist demnach als Resonanzsystem von Tiefton- und
Hochtonresonatoren ausgebildet. Die außerordentlich hohe kinetische und akustische
Energie der durch den Eingangsstutzen einströmenden Motorabgase werden hier also
schon ganz erheblich gemindert.
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Der so ausgebildete Vorschalldämpfer ist mit allseitigem radialem
Abstand von einem gleichachsigen Rohr 13 umgeben, das mit seinem Stirnboden 20 am
Ausgang des Vorschalldämpfers eine Kammer 12 bildet. Von dieser gelangen die Abgase
durch den durch die Schalen 2 und 3 des Vorschalldänpfers und das Gasführungsrohr
13 gebildeten Ringraum in eine Kammer 14 an der Eintrittsseite des Schalldämpfers.
Hier haben nun die Abgase bereits eine so weitgehende Minderung ihrer kinetischen
und akustischen Energie erfahren, daß sie über einen weiteren, beim dargestellten
Beispiel nicht mehr kreisförmigen Ringraum, der durch das Rohr 13 und das äußere
Gehäuse, das ebenfalls aus zwei Halbschalen 18 und 19 bestehen kann, dem Ausgangsstutzen
zugeführt werden können. In dem durch das Rohr 13 und das äußere Gehäuse 18, 19
gebildeten Ringraum sind perforierte Zwischenböden 15, 16, 17 eingefügt, die fest
in Sicken des äußeren Gehäuses 18, 19 sitzen und das Gasführungsrohr 13 haltern.
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Die Kammer 12 ist durch einen Stirnboden 20 abgeschlossen, der den
Ausgangsstutzen 21 neben dessen Führung durch den Außenmantel 18 stützt und haltert.
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Bei besonders hohen Anforderungen an den Schalldämpfer können entsprechende
Teile desselben doppelwandig ausgebildet sein, wie z. B. die das Außengehäuse bildenden
Schalenteile 18, 19, das Gasführungsrohr 13, die Schalenhälften 2 und 3 sowie der
Boden 20.
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Der Schalldämpfer ist in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausbildung
außerordentlich schwingungssteif, hat eine hohe Dauerfestigkeit und erlaubt eine
zweimalige Ummikehrung des Abgasstroms, ohne daß beim Rückströmen die bereits gedämpften
Schallwellen desselben mit neuer Energie (sekundärem Körperschall) im Bereich des
Schalldämpfereingangs beaufschlagt würden, was eine Verschlechterung der Dämpfung
zur Folge hätte.
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Vor allem ist eine befriedigende Dämpfung auch bei Hochleistungsmotoren
mit der eingangs geschilderten neuen Abgasrohrführung gegeben, und dies bei der
durch die Ineinanderschachtelung erzielten sehr kleinen und raumsparenden Bauweise.
Vor allem hochfrequente Anteile der Schnattergeräusche werden gut ausgedämpft, so
daß der üblicherweise gewünschte und angestrebte, in seiner Klangfarbe angenehme
dunkle Ton der Auspuffgeräusche ohne störende hochfrequente Beimengungen erzielt
wird.