Schalldämpfer

Abstract

 Ein Schalldämpfer, insbesondere für die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse (14) und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Hohlkammerstruktur (20), ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) mit mindestens einem nach innen ragenden Vorsprung (24) versehen ist, mittels dem die Hohlkammerstruktur (20) im Inneren des Gehäuses (14) arretiert ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere für die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Hohlkammerstruktur.

[0002] Ein solcher Schalldämpfer ist aus der DE 199 49 271 A1 bekannt. Die Hohlkammerstruktur besteht aus einer Vielzahl von kleinen hohlen Metallkugeln, die zu einer mechanisch festen Struktur zusammengesintert sind. Auf diese Weise ergibt sich eine hohe mechanische Festigkeit bei geringem Gewicht. Hinzu kommt ein großes Schallabsorptionsvermögen.

[0003] Ein gravierendes Problem bei der Verwendung einer solchen Hohlkammerstruktur in einem Schalldämpfer stellt jedoch die Notwendigkeit dar, die Hohlkammerstruktur im Inneren des Gehäuses des Schalldämpfers zuverlässig zu befestigen. Die während des Betriebs des Schalldämpfers auftretenden hohen Betriebstemperaturen, aus denen große Wärmeausdehnungen beim Übergang von der Umgebungstemperatur zur Betriebstemperatur resultieren, sowie die im Betrieb auftretenden Vibrationen führen zu erheblichen mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur. Auch bei der Verwendung einer Hohlkammerstruktur stehen sich also verschiedene, unterschiedlichste Eigenschaften gegenüber, die sich bei der technischen Umsetzung gegenseitig einschränken. Die Hohlkammerstruktur im Gehäuse sicher zu halten, ist bislang im Stand der Technik nicht befriedigend gelöst. Ein Ansatz, um die Hohlkammerstruktur im Gehäuse festzulegen, besteht darin, zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenseite der Hohlkammerstruktur eine hochtemperaturfeste Faser-Packung vorzusehen, die vom Gehäuse gegen die Hohlkammerstruktur gedrückt wird. Auf diese Weise wird die Hohlkammerstruktur reibschlüssig im Inneren des Gehäuses gehalten.

[0004] Die DE 37 29 219 C2 beschreibt in diesem Zusammenhang einen Schalldämpfer mit einem keramischen Körper, der unter Zwischenschaltung einer Fasermatte in dem Gehäuse geklemmt wird. Sobald der keramische Körper sich nur geringfügig im Gehäuse verschieben könnte, würden die Beschleunigungs- und Trägheitskräfte zur Zerstörung führen. Die in dieser Druckschrift beschriebene Befestigung ist vergleichbar mit der eines Keramikkörpers eines Katalysators. Bei Katalysatoren werden die mit der Fasermatte umgebenen Keramikkörper üblicherweise vom noch offenen Blechgehäuse umwickelt. Das Blech wird mit genau definierter Kraft geschlossen, damit eine definierte Klemmkraft auf den Keramikkörper ausgeübt wird. Nach dem Schließen werden die angrenzenden Ränder des Blechs bleibend miteinander verbunden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Faser-Packung ein vergleichsweise teures Bauteil ist, was zu hohen Herstellungskosten des Schalldämpfers insgesamt führt. Ferner ist das Schließen mit den exakt einzuhaltenden Schließkräften aufwendig in der praktischen Umsetzung.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen leistungsstarken Schalldämpfer zu schaffen, bei dem die Hohlkammerstruktur mit geringem Aufwand und geringen Kosten im Inneren des Gehäuses zuverlässig festgelegt ist.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Gehäuse mit mindestens einem nach innen ragenden Vorsprung versehen ist, mittels dem die Hohlkammerstruktur im Inneren des Gehäuses arretiert ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Hohlkammerstruktur mittels des Vorsprungs formschlüssig im Inneren des Gehäuses zu befestigen. Die Erfmdung geht also bewußt weg von den obigen Lösungen, bei denen der zu haltende Körper unter Zwischenschaltung einer elastischen Matte im Gehäuse geklemmt wird. Der Vorsprung kann bei der Erfindung in besonders einfacher Weise ein plastisch verformter Bereich des Gehäuses selbst sein, beispielsweise eine umlaufende Sicke oder mehrere im Abstand voneinander angeordnete Prägungen. Ein solcher Vorsprung kann mit geringen Kosten hergestellt werden. Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht auch in dem unmittelbaren Wärmeübergang zwischen Hohlkammerstruktur und Gehäuse, da keine thermisch isolierende Zwischenmatte vorgesehen ist. Das Außengehäuse besteht im wesentlichen aus demselben Grundmaterial (Metall) wie die Hohlkammerstruktur, so daß im Außenbereich der Hohlkammerstruktur gleiche Wärmedehnungen auftreten wie im Außengehäuse. Dennoch wirkt die Hohlkammerstruktur wie ein Isolator wegen der zahlreichen Gaseinschlüsse. Über den Querschnitt fällt die Temperatur in der Hohlkammerstruktur nach außen stark ab, ohne daß dies die dauerhafte Halterung der Hohlkammerstruktur im Gehäuse gefährden würde.

[0007] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Vorsprung in eine Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur eingreift. Der Vorsprung führt partiell mindestens zu einer elastischen Verformung, so daß eine elastische Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur erzeugt wird. Diese elastische Vorspannung gewährleistet eine zuverlässige und klapperfreie Arretierung der Hohlkammerstruktur auch nach einer langen Betriebsdauer mit einer großen Anzahl von thermischen Zyklen. In Versuchen hat sich außerdem überraschenderweise herausgestellt, daß bei der Dimensionierung des Vorsprungs keine Rücksicht auf das elastische Verformungsvermögen der Hohlkammerstruktur genommen werden muß. Beim Überschreiten des elastischen Verformungsvermögens der Hohlkammerstruktur wird diese plastisch verformt, ohne daß es zu einer Beschädigung der Struktur kommt, beispielsweise durch Risse im Material. Dies ermöglicht, den Vorsprung vergleichsweise tief in die Hohlkammerstruktur einzudrücken, was zu einer hohen mechanischen Haltekraft führt. Hinzu kommt, daß die elastische Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur bestehen bleibt. Beim Eindrücken des Vorsprungs in die Hohlkammerstruktur sind an dieser keine Vorarbeiten erforderlich; der Vorsprung schafft sich sein Widerlager selbst. Dies stellt eine Abkehr von der üblichen Vorgehensweise auf dem Gebiet der Abgasanlagen dar; es muß im allgemeinen sichergestellt werden, daß ein in einem Gehäuse aufgenommener Körper wie ein Keramikkörper eines Katalysators nicht unkontrolliert penetriert wird.

[0008] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

• Figur 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer; und
• Figur 2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von Figur 1.

[0010] In Figur 1 ist ein Schalldämpfer 10 zu sehen, der ein Einlaßrohr 12, ein Gehäuse 14 und ein Auslaßrohr 16 aufweist. Durch das Einlaßrohr kann Abgas einer Verbrennungskraftmaschine in den Schalldämpfer 10 geleitet werden. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann es sich um den Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs, ein stationäres Antriebsaggregat für beispielsweise einen Stromgenerator, ein Triebwerk eines Flugzeugs, etc. handeln. Der Schalldämpfer dient in bekannter Weise dazu, den Schalldruckpegel des Abgasstroms zu verringern. Hierfür sind im Inneren des Schalldämpfers Resonanzkammern 18 sowie Hohlkugel- bzw. -kammerstrukturen 20 vorgesehen. Die Hohlkammerstrukturen dienen zur Schalldämpfung mittels Absorption und stellen jeweils eine in sich mechanisch stabile, plattenförmige Einheit dar. Jede Hohlkammerstruktur ist gebildet aus einer Vielzahl von hohlen Metallkörpern, beispielsweise Kugeln, die aus einem gesinterten Material bestehen. Da sich die Metallkörper beim Sintern auch mit ihren jeweiligen Nachbarn verbinden, entsteht ein eigenstabiles Gebilde, das durchströmbar ist. Falls gewünscht, kann in jeder Hohlkammerstruktur eine Durchlaßöffnung 22 vorgesehen sein.

[0011] Die Herstellung und der Aufbau der Hohlkammerstrukturen 20 sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen wird.

[0012] Jede Hohlkammerstruktur 20 ist im Inneren des Gehäuses 14 mechanisch arretiert. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 14 für jede Hohlkammerstruktur 20 einen Vorsprung 24 auf, der hier als umlaufende Sicke ausgeführt ist. Der Vorsprung 24 steht von der Innenseite des Gehäuses 14 hervor und greift unmittelbar in die entsprechende Hohlkammerstruktur 20. Diese wird im Bereich des Vorsprungs 24 sowohl plastisch als auch elastisch verformt. Dies ist in Figur 2 durch den unterhalb des Vorsprungs 24 liegenden Bereich der Hohlkammerstruktur 20 symbolisiert, in welchem die hohlen Metallkörper zusammengedrückt oder verformt sind.

[0013] Die Vorsprünge 24 können grundsätzlich durch jede Oberflächenunebenheit auf der Innenseite des Gehäuses 14 gebildet sein, die geeignet ist, sich in die entsprechende Hohlkammerstruktur 20 einzupressen. Die Vorsprünge können gebildet sein, bevor das Gehäuse 14 in Umfangsrichtung geschlossen wird, so daß sie sich beim Schließen des Gehäuses in die Hohlkammerstruktur einpressen. Die Vorsprünge können auch nach dem Schließen des Gehäuses gebildet werden, beispielsweise durch Rollieren, Pressen oder Prägen des Gehäuses. Wenn eine umlaufende Sicke als Vorsprung verwendet wird, kann dies auch die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur verbessern. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall können anstelle einer umlaufenden Sicke auch in Umfangsrichtung und/oder axial im Abstand voneinander angeordnete Vorsprünge verwendet werden.

[0014] Wie in Figur 2 zu sehen ist, liegt das Gehäuse 14 unmittelbar an der Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur 20 an. Es wäre auch denkbar, eine dünne Zwischenlage aus beispielsweise einem Metallgeflecht vorzusehen. Diese würde das Eingreifen der Vorsprünge in den Körper der Hohlkammerstruktur und die Erzeugung einer elastischen Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur nicht behindern.

[0015] Gemäß einer nicht dargestellten Variante könnte auch vorgesehen sein, daß zur Arretierung einer Hohlkammerstruktur jeweils beispielsweise zwei als Sicken ausgebildete Vorsprünge verwendet werden, die in Strömungsrichtung gesehen vor und hinter der entsprechenden Hohlkammerstruktur angeordnet sind. Die Vorsprünge würden dann im wesentlichen an den beiden Stirnseiten der Hohlkammerstruktur angreifen.

[0016] Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Arretierung der Hohlkammerstruktur im Inneren des Gehäuses besteht darin, daß keine zusätzlichen Bauteile mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten notwendig sind, der sich vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Hohlkörperstruktur unterscheidet. Dies verringert das Auftreten von Wärmespannungen im Betrieb.

Bezugszeichenliste

[0017] 

10:

Schalldämpfer

12:

Einlaßrohr

14:

Gehäuse

16:

Auslaßrohr

18:

Resonanzkammer

20:

Hohlkörperstruktur

22:

Durchlaßöffnung

24:

Vorsprung

Ansprüche

1. Schalldämpfer, insbesondere für die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse (14) und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Hohlkammerstruktur (20), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) mit mindestens einem nach innen ragenden Vorsprung (24) versehen ist, mittels dem die Hohlkammerstruktur (20) im Inneren des Gehäuses (14) arretiert ist.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (24) durch einen plastisch verformten Bereich des Gehäuses (14) gebildet ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (24) eine umlaufende Sicke ist.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorsprünge (24) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung und/oder axial im Abstand voneinander angeordnet sind.

5. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (24) an einer Stirnfläche der Hohlkammerstruktur (20) angreift.

6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (24) in eine Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur (20) eingreift.

7. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (24) die Hohlkammerstruktur partiell elastisch verformt.

8. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (24) die Hohlkammerstruktur partiell plastisch verformt.

9. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerstruktur (20) unmittelbar am Gehäuse (14) anliegt.

10. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (14) und der Hohlkammerstruktur (20) eine dünne Zwischenlage aus beispielsweise einem Drahtgeflecht angeordnet ist.

11. Schalldämper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerstruktur mittels einer Preßpassung im Inneren des Gehäuses aufgenommen ist.

Zeichnung