Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu dessen Herstellung

Abstract

 Ein Abgasschalldämpfer dieser Art besteht aus einer Innenkonstruktion, die z.B. ein den Gasstrom führendes zentrales Rohrsystem (10) umfaßt, und einem im wesentlichen rohrförmigen Außengehäuse (20; 40) aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung.
Um einen Abgasschalldämpfer zu schaffen, der sich sowohl der Vorteile des Werkstoffes Aluminium als auch der Vorteile der bekannten oberflächengeschützten Stahlwerkstoffe bedient und Kosten- und Gewichtseinsparungen bei gleichzeitig erhöhter Lebenserwartung erzielt, ist die Innenkonstruktion (z.B. 10) als allein tragendes Konstruktionselement ausgebildet, während das aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehende Außengehäuse (20; 40) eine ausschließlich den Funktionsraum des Abgasschalldämpfers abgrenzende Hülle bildet, die sich auf der tragenden Innenkonstruktion (z.B. 10) abstützt.
Ein besonders günstiges Verfahren zur Herstellung eines doppelschichtigen Außengehäuses aus zwei verschiedenen Aluminiumlegierungen besteht darin, daß die Doppelschicht zweier AI-Legierungen durch Verpressen (Kaltfließpressen) einer aus einem plattierten Material gefertigten Butze erzeugt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Innenkonstruktion, die z.B. ein den Gasstrom führendes zentrales Rohrsystem umfaßt, und einem im wesentlichen rohrförmigen Außengehäuse aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Abgasschalldämpfers.

[0002] Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen werden im wesentlichen drei Beanspruchungsarten unterworfen:

1) thermischen Beanspruchungen aufgrund der hohen Temperatur der Verbrennungsgase der Brennkraftmachine;

2) mechanischen Beanspruchungen aufgrund von Querkräften, Momenten, Schwingungen sowie thermischen Arbeiten;

3) Korrosion durch chemische Rückstände und - Kondensation..

[0003] Diesen Anforderungen ist man in bezug auf das Außengehäuse eines derartigen Abgasschalldämpfers nach dem Stand der Technik im wesentlichen durch die Wahl der Werkstoffe für das Außengehäuse, eines geeigneten Oberflächenschutzes für dieses sowie durch eine entsprechende Konstruktion des Außengehäuses nachgekommen. Als Werkstoff wurde in erster Linie geeigneter Stahl in Form von Blechen herangezogen. Zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit wurde darüber hinaus das Stahlblech mit einem geeigneten Oberflächenschutz versehen. Diesen hohen Werkstoffqualitäten und der zusätzlich herangezogene geeignete Oberflächenschutz verursachen jedoch hohe Kosten. Das gleiche gilt für die aufwendige Konstruktion des Außengehäuses bekannter Abgasschalldämpfer, die dadurch gekennzeichnet ist, das Außengehäuse selbst als tragendes oder mittragendes Bauteil auszubilden. Hierfür ist entweder die Wandstärke entsprechend groß oder eine entsprechende Formgebung (Versteifungsrippen, Versteifungssicken) gewählt worden. Selbst ein guter Oberflächenschutz weist den Nachteil auf, daß er an den Nahtstellen der. Gehäuseteile nur begrenzt sichergestellt werden kann. Die Fertigung der bekannten Außengehäuse aus Stahlblech hat schließlich auch die Fertigungstechnologie festgeschrieben, die durch relativ komplizierte und deshalb teure Arbeitsgänge geprägt ist. Beispielsweise wird das Außengehäuse eines bekannten Abgasschalldämpfers der zur Rede stehenden Konstruktion (DE-OS 25 20 301) dadurch hergestellt, daß die beiden Rohrabschnitte, aus denen das Außengehäuse besteht und die an einem Ende einen nahtlos übergehenden Boden und einen davon ebenfalls nahtlos abgehenden Anschlußstutzen aufweisen, rundgehämmtert werden. Dabei kann das Rundhämmern über einem Dorn oder auch ohne Dorn als Kaltverformung oder Warmverformung vorgenommen werden. Diese Formgebung erfordert bei exakter Herstellung nicht nur teure Werkzeuge, sondern ist auch arbeitsintensiv und kompliziert. Darüber hinaus kann der Boden nur bis zu etwa 45° konisch nach außen verlaufen, so daß die Erzeugung anderer Formen für den Boden,.z.B. eines im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse verlaufenden Bodens, bei dieser Herstellungstechnologie ausgeschlossen ist.

[0004] Mit dem Ziel, einen Werkstoff zu wählen, der ohne das Erfordernis eines Oberflächenschutzes besonders korrosionsbeständig ist, darüber hinaus eine Gewichtsreduzierung erbringt und schließlich die Herstellung vereinfacht, hat man versucht, für das Außengehäuse einschlägiger Abgasschalldämpfer Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen einzusetzen. Dabei ist allerdings die bei herkömmlichen Abgasschalldämpfern verwendete Konstruktion, insbesondere für das Außengehäuse, übernommen worden. Dem Außengehäuse aus Aluminium wurden insbesondere, wie bei Konstruktionen aus Stahlblech bekannt, auch Festigkeitsfunktionen für die Gesamtanordnung des Abgasschalldämpfers übertragen. Schon aufgrund dieser Konzeption konnten sich derartige Abgasschalldämpfer in der Praxis nicht bewähren, da die ausschließlich aus Aluminium bestehenden Außengehäuse derartiger Abgasschalldämpfer einer schnellen Werkstoffzerstörung infolge der thermischen und mechanischen Beanspruchungen und der Korrosionseinwirkung unterlagen.

[0005] Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, es durch eine völlig neuartige Konzeption zu ermöglichen, einen Abgasschalldämpfer zu schaffen, der sich sowohl der Vorteile des Werkstoffes Aluminium als auch der Vorteile der bekannten oberflächengeschützten Stahlwerkstoffe bedient und gegenüber bekannten Konstruktionen Kosten-und Gewichtseinsparungen bei gleichzeitig erhöhter Lebenserwartung erzielt.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Abgasschalldämpfer der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, daß die Innenkonstruktion, z.B. das zentrale Rohrsystem, als allein tragendes Konstruktionselement ausgebildet ist, während das aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehende Außengehäuse eine ausschließlich den Funktionsraum des Abgasschalldämpfers abgrenzende Hülle bildet, die sich auf der tragenden Innenkonstruktion, z.B. dem zentralen Rohrsystem, abstützt.

[0007] Die erfindungsgemäße Konzeption besteht also darin, der Innenkonstruktion, z.B. dem zentralen Rohrsystem, das der Führung der heißen Abgase und der Streuung der pulsierenden Druckenergie dient, die Funktion der statischen und dynamischen Aussteifung des Abgasschalldämpfers allein zuzuweisen. Hierfür besteht diese Innenkonstruktion aus geeigneten, oberflächengeschützten Stahlwerkstoffen. Hingegen bildet das aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehende Außengehäuse ausschließlich eine den Funktionsraum des Abgasschalldämpfers abgrenzende Hülle (Verpackung). Dieser Aufgabe wird der Werkstoff Aluminium in einer geeigneten Legierungsversioh unter den an diesem Bauteil herrschenden Temperatur- und Korrosionsbedingungen gerecht und bringt durch seine einfache Umformfähigkeit sowie sein gegenüber herkömmlichen Werkstoffen geringeres spezifisches Gewicht die gewünschten herstellungstechnischen und gewichtsmäßigen Vorteile zur Geltung. Mit der erfindungsgemäßen gemischten Bauweise werden die aufgabengemäß angestrebten Kosten- und Gewichtseinsparungen erzielt und gleichzeitig die störungsfreien Einsatzzeiten erhöht.

[0008] Besonders vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers ergeben sich aus den übrigen Patentansprüchen.

[0009] Das hüllenartige Außengehäuse besteht danach zweckmäßigerweise aus Aluminium der Legierung Al 99,5 oder reiner. Diese Werkstoffwahl wird den am Außengehäuse herrschenden Temperatur- und Korrosionsbedingungen sowie den mechanischen Beanspruchungen gerecht.

[0010] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers besteht darin, daß das hüllenartige Außengehäuse aus einer Doppelschicht zweier Aluminiumlegierungen aufgebaut ist. Dadurch kann in besonders flexibler Weise sowohl den innerhalb als auch außerhalb des Außengehäuses herrschenden Bedingungen Genüge getan werden. Um den innerhalb des Außengehäuses herrschenden Temperatur- und Korrosionsbedingungen zu entsprechen, besteht dabei die innere Schicht dieses Außengehäuses aus der Legierung Al 99,5 oder reiner, während die äußere Schicht des Außengehäuses durch eine-salzwasserbeständige Al-Legierung, beispielsweise AlMg2, gebildet ist, so daß das Außengehäuse auch den von außen beim Betrieb eines Kfz einwirkenden Angriffen über eine lange Betriebszeit standhält.

[0011] Es kann auch zweckmäßig sein, daß das hüllenartige Außengehäuse aus einer innen und/oder außen beschichteten Aluminiumknetlegierung besteht.

[0012] Insbesondere bei der einschichtigen Ausbildung des hüllenartigen Außengehäuses sind aufgrund dessen ausschließlicher Funktion als Hülle/Verpackung des Funktionsraums des Abgasschalldämpfers nur verhältnismäßig geringe Wandstärken erforderlich. Diese liegen beim Mantel bzw. rohrförmigen Hauptteil in einem Bereich von 1,0 bis 1,5 mm. Aber auch doppelschichtige Ausbildungen des Außengehäuses sind durch relativ geringe Wandstärken gekennzeichnet.

[0013] Die Erfindung lehrt auch besonders vorteilhafte Verfahren zur Herstellung von hüllenartigen Außengehäusen für erfindungsgemäß konzipierte Abgasschalldämpfer.

[0014] Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines doppelschichtigen Außengehäuses ist nach einer ersten Variante darin zu sehen, daß das doppelschichtige Außengehäuse bzw. dessen Bauteile durch das.gemeinsame Verpressen (Kaltfließpressen) zweier getrennt gefertigter Butzen der entsprechenden Legierung hergestellt wird bzw. werden.

[0015] Eine zweite Variante besteht darin, daß die Doppelschicht zweier Al-Legierungen durch Verpressen (Kaltfließpressen) einer aus einem plattierten Material gefertigten Butze erzeugt wird.

[0016] Diese Herstellungsverfahren haben den Vorteil, daß die Doppelschicht in-einem Kaltfließpreßvorgang erzeugt werden kann. Damit läßt sich das besonders vorteilhafte doppelschichtige Außengehäuse einfach und damit billig herstellen. Hierzu trägt bei, daß in dem Fall, in dem das Außengehäuse aus mindestens einem Rohrabschnitt besteht, der an einem Ende einen nahtlos übergehenden Boden und mindestens einen davon ebenfalls nahtlos abgehenden Anschlußstutzen aufweist, ein derartiger Rohrabschnitt in einem Fließpreßvorgang erzeugt werden kann. Zwei solche Rohrabschnitte bilden dann das komplette Außengehäuse, wobei die Rohrabschnitte.an ihren beiden zusammenzufügenden Enden z.B. durch einen Falzvorgang miteinander verbunden werden können.

[0017] Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines einschichtigen, beschichteten bzw. doppelschichtigen Außengehäuses ist darin zu sehen, daß das Außengehäuse bzw. dessen Bauteile durch Verpressen (Tiefziehen) von Blechen bzw. aus plattiertem Material der genannten Legierungen hergestellt wird bzw. werden. Diese Herstellungsweise eignet sich besonders für Außengehäuse, die parallel zu ihrer Längsachse geteilt sind.

[0018] Schließlich ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines doppelschichtigen Außengehäuses dadurch charakterisiert, daß das doppelschichtige Außengehäuse bzw. dessen Bauteile durch ein paßgenaues Ineinanderschieben zweier einzeln fließgepreßter Hülsen erzeugt wird bzw. werden. Für dieses Herstellungsverfahren können konventionelle Werkzeuge eingesetzt werden, so daß ein diesbezüglicher Investitionsaufwand entfällt.

[0019] Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfern ergeben sich aus den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer, und

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes doppelschichtiges Außengehäuse.

[0020] Nach Fig. 1 umfaßt ein Abgasschalldämpfer der erfindungsgemäßen Konstruktion, im Beispiel ein Nachschalldämpfer eines Kraftfahrzeuges, ein insgesamt mit 10 bezeichnetes zentrales Abgasrohr, das von einem insgesamt mit 20 bezeichneten, vorzugsweise zylindrischen Außengehäuse konzentrisch umgeben ist. Das zentrale Rohr .10 übernimmt die statische und dynamische Aussteifung des gesamten Abgasschalldämpfers und ist hierfür entsprechend festigkeitsmäßig ausgelegt und so lang ausgebildet, daß es die Verbindung zu den Anschlußrohren übernehmen kann. Im gezeigten Fall ist hierfür die Länge des zentralen Rohrs 10 größer als die Länge des Außengehäuses 20, so daß das zentrale Rohr 10 beidseitig über das Außengehäuse 20 hinausragt und unmittelbar die Anschlußrohre aufnimmt. Das zentrale Rohr 10 ist in üblicher Weise im Bereich des Außengehäuses 20 mit Bohrungen 11 versehen, durch die hindurch die Verbrennungsgase in den Raum zwischen dem zentralen Rohr und dem Außengehäuse 20 eintreten können,.indem zur Schallabsorption geeignete Mittel angeordnet sind. Das zentrale Rohr 10 besteht zweckmäßigerweise aus einem geeigneten, oberflächengeschützten Stahlwerkstoff, der zusammen mit der übrigen Ausbildung des zentralen Rohrs 10 die entsprechenden Festigkeitswerte sichert.

[0021] Das Außengehäuse 20 besteht im vorliegenden Fall aus zwei im wesentlichen identisch ausgebildeten Rohrabschnitten, die insgesamt mit 30 bezeichnet sind. Jeder Rohrabschnitt 30 umfaßt ein zylindrisches Teil 31, das an einem Ende nahtlos in einen Boden 32 übergeht, von dem ebenfalls nahtlos ein Stutzen 33 abgeht, Die beiden Rohrabschnitte 30 sind an ihren beiden aneinanderstoßenden Enden durch eine Falzung 34 miteinander verbunden. Die Rohrabschnitte 30 stützen sich an dem als tragende Konstruktion ausgebildeten zentralen Rohr 10 zum einen über ihre Stutzen 33 und zum anderen über eine Scheibe 35 ab, die senkrecht zur Achse des zentra_- len Rohrs 10 bzw. des Außengehäuses 20 angeordnet ist und mit ihrem äußeren Rand in den Falz 34 des Außengehäuses eingefalzt ist und mitihrem inneren Rand an der Außenseite des zentralen Rohrs 10 anliegt.

[0022] Die Rohrabschnitte 30 des Außengehäuses 10 bestehen aus der Aluminiumlegierung 99,5 oder reiner und sind zweckmäßigerweise in einem _Kaltfließpreßvorgang erzeugt. Das Außengehäuse 20 stellt lediglich eine Hülle zur Abgrenzung des Funktionsraums des Abgasschalldämpfers dar und übernimmt keine wesentlichen Festigkeitsfunktionen für die Gesamtanordnung.

[0023] Die Fig. 2 zeigt schematisch eine doppelschichtige Ausbildung eines insgesamt mit 40 bezeichneten Außengehäuses für einen erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer. Die mit,41 bezeichnete innere Schicht dieses Außengehäuses 40 besteht aus der Legierung Al 99,5 oder reiner, während die äußere Schicht 42 durch eine salzwasserbeständige Al-Legierung, beispielsweise AlMg2, gebildet ist. Dieses doppelschichtige Außengehäuse 40 kann nach den Verfahren hergestellt werden, die bereits geschildert worden sind.

[0024] Der Erfindungsgegenstand kann überall da eingesetzt werden, wo abgasbeaufschlagte Räume nach außen zu begrenzen sind.

Ansprüche

1. Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Innenkonstruktion, die z.B. ein den Gasstrom führendes zentrales Rohrsystem (10) umfaßt, und einem im wesentlichen rohrförmigen Außengehäuse (20; 40) aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkonstruktion (z.B. 10) als allein tragendes Konstruktionselement ausgebildet ist, während das aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehende Außengehäuse (20; 40) eine ausschließlich den Funktionsraum des Abgasschalldämpfers abgrenzende Hülle bildet, die sich auf der tragenden Innenkonstruktion (z.B. 10) abstützt.

2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hüllenartige Außengehäuse (20) aus Aluminium der Legierung Al 99,5 oder reiner besteht.

3. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß das hüllenartige Außengehäuse (40) aus einer Doppelschicht (41, 42) zweier Aluminiumlegierungen aufgebaut ist.

4. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (41) des Außengehäuses (40) aus der Legierung Al 99,5 oder reiner besteht, während die äußere Schicht (42) durch eine salzwasserbeständige Al-Legierung, beispielsweise AlMg2, gebildet ist.

5. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hüllenartige Außengehäuse (20; 40) aus einer innen und/oder außen beschichteten Aluminiumknetlegierung besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Außengehäuses nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dcppelschichtige. Außengehäuse bzw. dessen Bauteile durch das gemeinsame Verpressen (Kaltfließpressen) zweier getrennt gefertigter Butzen der entsprechenden Legierungen hergestellt wird bzw. werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Außengehäuses nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelschicht zweier Al-Legierungen durch Verpressen (Kaltfließpressen) einer aus einem plattierten Material gefertigten Butze erzeugt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Außengehäuses nach den Ansprüchen 1 oder 2 bzw. 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,·daß das Außengehäuse bzw. dessen Bauteile durch Verpressen (Tiefziehen) von Blechen bzw. aus plattiertem Material der genannten Legierungen hergestellt wird bzw. werden.

9. Verfahren zur Herstellung eines Außengehäuses nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelschichtige Außengehäuse bzw. dessen Bauteile durch ein paßgenaues Ineinanderschieben zweier einzeln fließgepreßter Hülsen erzeugt wird bzw. werden.

Zeichnung