DE1843050U - Schalldaempfer mit waermetauscher fuer kraftfahrzeuge. - Google Patents

Description

Zur Heizung von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen, wird u. a. der Wärmegehalt der Abgase des Motors ausgenutzt, insbesondere wenn es sich bei den Antriebsmotoren um luftgekühlte Motoren handelt. Zur Ausnutzung dieses Wärmegehaltes der Abgase wurden schon die verschiedensten Konstruktionen von Wärmetauschern entwickelt. Diese sind üblicherweise so aufgebaut, dass die Auspuffrohre an einer hinsichtlich der Einbaugegebenheiten hierzu geeigneten Stelle eine Blechumkleidung erhalten. Die Auspuffrohre und die Blechumkleidung bilden einen Heizkanal mit ringförmigem Querschnitt, durch den die zu erwärmende Heizungsluft gepresst wird. Beim Überstreichen der heißen Oberfläche der Auspuffrohre nimmt die Heizungsluft Wärme auf. Der Wirkungsgrad solcher Wärmetauscher ist nicht allzu groß, da insbesondere durch die Wärmeabstrahlung des äußeren Blechmantels erhebliche Verluste entstehen. Der Wirkungsgrad liegt erfahrungsgemäß bei etwa 20 bis 25%. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit am hinteren Ende des Fahrzeuges angeordnetem Motor und den damit gegebenen verhältnismäßig langen Heizkanälen, in denen weitere Wärme- und Strömungsverluste entstehen, steht dann nicht mehr eine in allen Fällen genügende Wärmemenge zur Heizung des Inneren des Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Entfrostung der Windschutzscheibe, zur Verfügung.

Bei diesen bekannten Anlagen wird üblicherweise ein Teil der Kühlluft des Motors abgezweigt und durch den Wärmetauscher geführt. Zum Teil sind auch besondere Zusatzgebläse vorgesehen, die jedoch entsprechend höhere Kosten verursachen, sodaß die Abzweigung der Heizungsluft von der Kühlluft als wirtschaftlicher vorzuziehen ist.

Um den Wärmetauscheffekt zu verbessern, wurden auch schon im Bereich des Wärmetauschers die normalen Auspuffrohre durch solche ersetzt, die wie Rippenheizkörper ausgebildet sind, auch wurde schon die äußere Blechumkleidung zusätzlich isoliert. Mit diesen Maßnahmen war es zwar möglich, den genannten Wirkungsgrad etwas anzuheben, jedoch war dies nur mit entsprechend höherem Aufwand möglich, so dass wiederum die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen in Frage gestellt war, außerdem verschlechterten die als Rippenheizkörper ausgebildeten Auspuffrohre wesentlich den Wirkungsgrad durch die durch den höheren Strömungswiderstand verminderte Fördermenge.

Neben diesen bekannten Wärmetauschern sind weitere derartige Anlagen bekannt geworden, bei denen versucht wurde, die die Heizungsluft führenden Rohre direkt durch den Schalldämpfer zu leiten. Damit wurde erreicht, dass der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers verbessert wurde, da die Kühlwirkung des Außenmantels der Heizungsluft führenden Teile im wesentlichen aufgehoben werden konnte, da dieser sich wiederum innerhalb des Schalldämpfergehäuses befindet. Insbesondere wurde auch schon versucht, derartige Anlagen so auszubilden, dass zum Beispiel zum Zwecke der

Abstimmung auf die Motorleistung bestimmte Rohrlängen innerhalb des Schalldämpfergehäuses vorgeschrieben wurden. Insbesondere bei Motoren kleineren Hubraumes und geringer Zylinderzahl, für die solche Anlagen ja vorzugsweise in Frage kommen, konnten jedoch die grundsätzlich bestehenden Forderungen nach gedrängter Bauart, geringem Gewicht und hoher Wirtschaftlichkeit nicht erfüllt werden. Als weitere, bisher nicht beachtete unabdingbare Forderung kommt hinzu, dass bei derartigen Wärmetauschern darauf geachtet werden muss, dass keinesfalls, auch nicht nach längeren Betriebszeiten, die Möglichkeit besteht, dass Teile der Abgase des Motors durch im Laufe der Zeit entstandene Undichtigkeiten in die die Heizungsluft führenden Teile gelangen können. Schließlich kommt es nicht zuletzt darauf an, einen möglichst hohen Wärmetauscheffekt zu erzielen. Gerade in dieser Hinsicht konnten die Ergebnisse, die mit den bisher bekannten Anlagen erzielt werden konnten, nicht als befriedigend bezeichnet werden.

Der Neuerung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer mit Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge zu schaffen, der bei Beachtung der Forderungen nach gedrängter Bauweise, geringem Gewicht und hoher Wirtschaftlichkeit eine grundlegende Verbesserung des Wärmetauscheffektes bringt und vor allem sämtliche Möglichkeiten einer Gefährdung der Insassen des Kraftfahrzeuges durch Überströmen der Abgase des Motors in die Heizungsluft sicher verhindert.

Die Neuerung löst die gestellte Aufgabe durch einen Schalldämpfer mit Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, mit dessen Hilfe die Abgaswärme des Motors zur Erwärmung von Luft zur Heizung des Fahrzeuginnern herangezogen wird, der eine Heizkammer aufweist, die gleichzeitig die Eingangskammer des Schalldämpfers darstellt und von den die zu erwärmende Luft führenden Teilen durchsetzt wird, wobei die Heizungskammer ihrerseits vom Schalldämpfergehäuse umschlossen ist.

Die Anordnung ist dabei vorzugsweise so, dass die Eingangskammer des Schalldämpfers sowie die dieselbe durchsetzenden, Heizungsluft führenden Teile achsparallel zur Längsachse des Schalldämpfergehäuses angeordnet sind.

Der eigentliche Wärmetauscher kann dabei vorzugsweise aus einem Bündel mehrerer z.B. zwei bis sechs parallel verlaufender nahtloser und/oder oberflächenveredelter Stahlrohre, die die Eingangskammer des Schalldämpfers durchsetzen, ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit der Ausbildung des Wärmetauschers besteht darin, ein Wärmeaustauschrohr aus korrosionsfestem Guss mit in Längsrichtung verlaufender Innenrippung vorzusehen.

In jedem Fall sind keinerlei Naht- oder in irgendeiner Weise zu dichtende Verbindungsstellen innerhalb des Wärmetauschers vorgesehen, bei denen die Gefahr besteht, dass sie im Laufe der Zeit undicht werden und einen, wenn auch nur geringfügigen Durchschnitt von Abgasteilen in die Heizluft erlauben.

Da die Wärmetauscher vorzugsweise möglichst nahe vor die Abgaseintrittsöffnungen verlegt werden, kann es angebracht sein, dass vor diesen in der Heizkammer wärmefeste Prall- oder Gasführungsbleche angeordnet sind. Diese können vorzugsweise so ausgebildet sein, dass sie mit einem nichtperforierten Bereich die Wärmeaustauschrohre abdecken und seitlich davon perforiert sind.

Eine andere Möglichkeit zur Verhinderung einer ungünstigen Beeinflussung des bzw. der Wärmeaustauschrohre, deren unmittelbare Anordnung vor den Abgaseintrittsöffnungen liegt, besteht darin, das bzw. die Rohre selbst im Bereich gegenüber den Abgaseintrittsöffnungen besonders auszubilden. Besteht das Rohr aus korrosionsfestem Guss, kann es z.B. hier eine verstärkte Gusswandung aufweisen.

Die Eingangskammer des Schalldämpfers, die hier zugleich als Wärmeführungsrohr fungiert und das bzw. die Wärmeaustauschrohre dicht umgibt, ist, da es ja gleichzeitig eine schalldämpfende Aufgabe zu erfüllen hat, entsprechend den jeweiligen akustischen Erfordernissen mit Perforationen versehen, die zu der bzw. den weiteren Kammern des Schalldämpfers innerhalb des Schalldämpfergehäuses führen. Hierdurch wird gleichzeitig für eine weitgehende, gleichmäßig verteilte Wärmeführung um den Mantel des bzw. der Wärmeaustauschrohre gesorgt.

Auch innerhalb der Wärmeaustauschrohre können schalldämpfende und strömungsbeeinflussende Mittel vorgesehen sein, um eine zu starke Geräuschübertragung durch die Heizung in das Wageninnere zu verhindern, z. B. kann eine Drahtgestrickpackung eingebracht werden.

Vorzugsweise ist das ganze Aggregat direkt an den Auslasskanälen des Verbrennungsmotors angeflanscht.

Da gerade bei einer derartigen Kombination einer Schalldämpferanlage und eines Wärmetauschers besonders darauf geachtet werden muss, dass Schwingungsbrüche vermieden werden, können die verschiedenen Innenteile der Gesamtanlage in an sich bekannter Art und Weise durch die Kammerwände der weiteren Kammern des Schalldämpfers gehaltert sein, die ihrerseits im Schalldämpfergehäuse gelagert sind, das zur leichten Einbringung der Innenteile aus zwei Schalenhälften gebildet sein kann, die die gesamten Innenteile umschließen.

Alle das Schalldämpfergehäuse nach außen durchdringenden Teile können doppelt befestigt sein und zwar einmal im Gehäusemantel und ein zweites Mal an den Innenteilen des Schalldämpfers, z. B. im gleichzeitig als Eingangskammer wirkenden Wärmeführungsrohr oder an den weiterhin vorgesehenen Kammerböden.

Weitere Merkmale der Neuerung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen des Neuerungsgegenstandes.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des neuerungsgemäßen Schalldämpfers mit Wärmetauscher im Längsteilschnitt, in

Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Fig. 1 nach der Linie II - II dargestellt, in

Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Schalldämpfers mit Wärmetauscher, ebenfalls im Längsteilschnitt, wiedergegeben.

Fig. 4 zeigt eine Stirnansicht der Ausführungsform nach Fig. 3, in

Fig. 5 ist eine Einzelheit der Fig. 3, den dort angedeuteten Bereich V vergrößernd, wiedergegeben, ebenso ist in

Fig. 6 eine weitere Einzelheit aus Fig. 3, den dort angedeuteten Bereich 5 vergrößernd, dargestellt, schließlich gibt

Fig. 7 eine Vergrößerung des Bereiches VII der Fig. 3 wieder.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen führen vom nicht dargestellten Verbrennungsmotor zwei Auslasskanäle 1 und 2 durch entsprechende Durchbrüche des Schalldämpfergehäuses 3 und weitere Durchbrüche in der Wandung einer gleichzeitig als Eingangskammer und Wärmeaustauschrohr dienenden Kammer 4 in das Innere derselben.

Die Kammer 4 wird von vier parallel verlaufenden, nahtlosen Präzisionsstahlrohren 5 entsprechender Wandstärke durchsetzt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass sowohl die Eingangskammer 4 als auch die Rohre 5, parallel zur Längsachse des Schalldämpfergehäuses 3 verlaufend, angeordnet sind. Die Eingangskammer 4 weist weiterhin Perforationen 6 und 7 auf, über die sie mit weiteren Kammern 8, 9 und 10 des Schalldämpfergehäuses 3 in Verbindung steht. Diese Kammern werden von einem Auslassrohr 11 durchsetzt, das ebenfalls mit Perforationen 12 versehen ist und bei 13 und 14 den Gehäusemantel des Schalldämpfers 3 verlässt.

Da die Wärmeaustauschrohre 5 das gesamte Schalldämpfer- und Wärmetauschaggregat geradlinig oder nahezu geradlinig durchdringen, besitzen sie einen sehr geringen Strömungswiderstand, was zu einer hohen und günstigen Fördermenge der Heizungsluft führt. Andererseits werden die die Wärmeaustauschrohre umspielenden heißen Abgase gezwungen, sich in der Eingangskammer 4 des Schalldämpfers gleichmäßig zu verteilen. Bei richtig bemessener Oberfläche der Wärmeaustauschrohre 5 innerhalb der Eingangskammer 4 des Schalldämpfers kann damit ein Wärmetauscheffekt erzielt werden, der gegenüber den bisher erzielten und oben angegebenen Werten von 20 bis 25% verdoppelt werden konnte. Hierzu trägt auch bei, dass praktisch keine Wärmeabstrahlungsverluste von der Kammer 4 zu den sie umgebenden weiteren Kammern 8, 9 und 10 des Schalldämpfers auftreten.

Um die Schalldämpfung von dem ganzen Aggregat zum Wageninnern hin zu verbessern, können gegebenenfalls in den Wärmeaustauschrohren schalldämpfende und strömungsbeeinflussende Mittel vorgesehen sein, so z. B. Drahtgestrickpackungen. Damit wird die beim Öffnen der Heizungsklappe im Wagen durch die direkte Verbindung zwischen Turbinenrad und Heizungsaustrittsöffnung auftretende Geräuschzunahme wieder eliminiert.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Eingangskammer 4 kreiszylindrisch ausgebildet, während das Schalldämpfergehäuse 3 elliptischen Querschnitt aufweist und aus zwei Schalenhälften besteht.

Die Wärmeaustauschrohre 5 weisen innerhalb des Schalldämpfers keinerlei Nahtstellen oder dgl. auf. Die Durchdringungsstellen 15 und 16, an welchen die Wärmeaustauschrohre 5 die Stirnwände 17 und 18 der Eingangskammer 4 durchdringen, sind dicht ausgebildet. Die Wärmeaustauschrohre 5 sind beidseits auch aus dem Schalldämpfergehäuse 3 herausgeführt und werden erst dort an die die Heizluft zu- und abführenden Rohrleitungen oder dgl. angeschlossen.

Um das ganze Aggregat möglichst fest und steif auszubilden, um es gegen Schwingungbrüche zu sichern, sind die gesamten Innenteile vorzugsweise in den Kammerböden 19 und 20 gelagert, die ihrerseits im Schalldämpfergehäuse 3 eingespannt sind. Alle den Schalldämpfer nach außen durchdringenden Teile sind zweifach gelagert, so die Kanäle 1 und 2 im Gehäuse 3 und in der Kammer 4, der Kanal 11 in den Kammerböden 19 und 20 und im Gehäuse 3, die Wärmeaustauschrohre 5 in der Kammer 4 und im Gehäuse 3.

Eine variierte Ausführungsform ist mit einem einzigen

Wärmeaustauschrohr 21 ausgerüstet, das aus korrosionsfestem gegossenen Werkstoff, z. B. Aluminiumguss, besteht und an seiner Innenseite mit in Längsrichtung verlaufenden Rippen 22 versehen ist. Bei diesem Beispiel ist nicht nur das Wärmeaustauschrohr 21 beidseits aus dem Schalldämpfergehäuse herausgezogen, sondern auch die Eingangskammer 4. Hier ergeben sich gegebenenfalls besondere Dichtungsprobleme bezüglich der Dichtung zwischen der Kammer 4 und deren nun außerhalb des Schalldämpfergehäuses 3 liegenden Stirnwänden 23 und 24. Hier kann z. B. so vorgegangen werden, dass die zylindrische Seitenwandung 25 der Kammer 4 in eine Ringnut 26 des Deckels 24 eingeschoben ist, in der weiterhin eine Wulstdichtung 27 angeordnet ist. Ebenso wäre auch eine Schraubverbindung denkbar oder auch ein eingeschweißter Deckel, wie dies bei 23 dargestellt ist.

Der Deckel 24 der Kammer 4 bildet dabei einen Teil mit dem Wärmeaustauschrohr 21. Die ganze Konstruktion wird nun durch Schrauben 28 zusammengehalten, die durch den Deckel 23 sowie gegebenenfalls einen formgleichen weiteren Deckel 23´ an dem dem Deckel 24 überliegenden Ende des Wärmeaustauschrohres 21 in dieses eingeschraubt. Auch hier ist zwischen Deckel 23 und Wärmeaustauschrohr 21 eine Wulstdichtung 29 eingebracht.

Da insbesondere bei Anwendung eines Wärmeaustauschrohres aus gegossenem Werkstoff in dessen Wandungsbereich gegenüber den Abgaseintrittsöffnungen Schwierigkeiten auftreten können, kann hier gegebenenfalls die Anordnung eines wärmefesten Prall- oder Gasführungsbleches 30 vorgesehen sein. Dieses ist in seinem Bereich, mit dem es zwischen den Abgaseintrittsöffnungen und dem Wärmeaustauschrohr 21 liegt, vollwandig ausgebildet und nur seitlich mit Perforationen 31 versehen. Durch dieses Blech wird der Abgasstrom so weit umgelenkt, dass er nicht unmittelbar und im rechten Winkel auf die Wandung des Wärmeaustauschrohres auftreffen kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das aus Guss bestehende Wärmeaustauschrohr in seinem, den Abgaseintrittsöffnungen gegenüberliegenden Seitenbereich verstärkt auszubilden.

In Fig. 7 ist schließlich noch gezeigt, wie der Anschluss an das Wärmeaustauschrohr bewerkstelligt werden kann. Hierzu dient ein Rohr bzw. schlauchförmiger Fortsatz 32 aus hitzebeständigem elastischen Werkstoff. Unter den Kunststoffen ist eine Vielzahl solcher Materialien bekannt.

Claims (13)

1.) Schalldämpfer mit Wärmetaucher für Kraftfahrzeuge zur Erwärmung der Heizluft für das Fahrzeuginnere unter Wärmeaustausch mit den Abgasen des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangskammer (4) des Schalldämpfers zugleich die Heizkammer des Wärmetauschers ist und von den die zu erwärmende Luft führenden Teilen des Wärmetauschers durchsetzt wird, wobei die Heizungskammer vom Schalldämpfergehäuse (3) umschlossen ist.

2.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Heiz- und Eingangskammer (4) als auch die dieselbe durchsetzenden, Heizungsluft führenden Teile achsparallel zur Längsachse des Schalldämpfergehäuses (3) angeordnet sind.

3.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Heizluft führenden Teile des Wärmetauschers als Bündel mehrerer, vorzugsweise zwei bis sechs parallel verlaufender nahtloser Stahlrohre (5), die die Heiz- und Eingangskammer (4) durchsetzen, ausgebildet sind.

4.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Heizluft führende Teil eines Wärmeaustauschrohres (21) aus korrosionsfestem Guss mit in Längsrichtung verlaufender Innenrippung (22) ausgebildet ist.

5.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Abgaseintrittsöffnungen in der Heizkammer wärmefeste Prall- oder Gasführungsbleche angeordnet sind.

6.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche nur seitlich perforiert sind und zwischen den Abgaseintrittsöffnungen und dem bzw. den Wärmeaustauschrohren vollwandig ausgebildet sind.

7.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Wärmeaustauschrohre im Bereich gegenüber den Abgaseintrittsöffnungen eine verstärkte Wandung aufweisen.

8.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und Eingangskammer (4) über Perforationen mit weiteren Kammern (8, 9, 10) des Schalldämpfergehäuses (3) in Verbindung steht.

9.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem bzw. in den Austauschrohren schalldämpfende Mittel, z. B. Drahtgestrickpackungen eingebracht sind.

10.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er direkt an dem bzw. den Auslasskanälen des Verbrennungsmotors angeflanscht ist.

11.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Innenteile desselben (4, 5, 11, 21), durch die die auf die Eingangskammer (4) folgenden Kammern (8, 9, 10) unterteilenden Kammerwände (19, 20) gehaltert sind, die ihrerseits im Schalldämpfergehäuse (3) vorzugsweise in Sicken desselben gelagert sind.

12.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalldämpfergehäuse (3) in an sich bekannter Weise aus zwei die Innenteile umschließenden Schalenhälften besteht.

13.) Schalldämpfer mit Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche, das Schalldämpfergehäuse (3) nach außen durchdringenden Teile (1, 2, 5, 11, 21) doppelt, einmal im Gehäusemantel des Schalldämpfergehäuses (3) und ein zweites Mal an den Innenteilen (4, 9, 20) des Schalldämpfers befestigt sind.