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Die
Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere
für die
Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse und
mindestens einer im Gehäuse
angeordneten Hohlkammerstruktur.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Erfindung 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
fallt die Temperatur in der Hohlkammerstruktur nach außen stark
ab, ohne daß dies
die dauerhafte Halterung der Hohlkammerstruktur im Gehäuse gefährden würde.
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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.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer; und
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2 in
vergrößertem Maßstab den
Ausschnitt II von 1.
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In 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.
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Die
Herstellung und der Aufbau der Hohlkammerstrukturen 20 sind
aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so daß hierauf
nicht weiter eingegangen wird.
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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 2 durch
den unterhalb des Vorsprungs 24 liegenden Bereich der Hohlkammerstruktur 20 symbolisiert,
in welchem die hohlen Metallkörper
zusammengedrückt
oder verformt sind.
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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.
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Wie
in 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.
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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.
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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.
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- 10
- Schalldämpfer
- 12
- Einlaßrohr
- 14
- Gehäuse
- 16
- Auslaßrohr
- 18
- Resonanzkammer
- 20
- Hohlkörperstruktur
- 22
- Durchlaßöffnung
- 24
- Vorsprung