DE102006027541B4 - Housing in an exhaust system for internal combustion engines - Google Patents

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Abstract

Gehäuse in einer Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, umfassend – einen Mantel (1), – einen Einlass (5) und einen Auslass (6), – wenigstens ein Abgas führendes Rohr (3) mit wenigstens einer Öffnung (4) zur akustischen Ankopplung – und stirnseitige Elemente (2) in Form von Blechen oder Konen zur Abdichtung zwischen Mantel (1) und Rohr (3), gekennzeichnet durch die Merkmale – der Mantel (1) ist eine temperaturbeständige, sauerstoffbeständige und kondensatbeständige Beschichtung oder Tränkschicht aus Metall oder Keramik auf der Innenseite einer Isolierschicht (10), – auf dem Mantel (1) befindet sich die dicke, temperaturbeständige Isolierschicht (10) auf der Basis von Papier oder Karton, – die Außenseite der Isolierschicht (10) ist mit einer Kunststoff- oder Metallschicht als Schutzschicht (11) gegen Umwelteinflüsse geschützt.Housing in an exhaust system for internal combustion engines, comprising - a jacket (1), - an inlet (5) and an outlet (6), - at least one flue pipe (3) having at least one opening (4) for acoustic coupling - and end face Elements (2) in the form of sheets or cones for sealing between shell (1) and pipe (3), characterized by the features - the shell (1) is a temperature-resistant, oxygen-resistant and condensate-resistant coating or impregnating layer of metal or ceramic on the inside an insulating layer (10), - on the jacket (1) is the thick, temperature-resistant insulating layer (10) based on paper or cardboard, - the outside of the insulating layer (10) with a plastic or metal layer as a protective layer (11 ) protected against environmental influences.

Description

Die Erfindung betrifft Gehäuse in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to housings in exhaust systems of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

Die Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren umfassen Abgas führende Rohre sowie Gehäuse mit Schalldämpfern, Katalysatoren und Rußfiltern. Angesichts der Abgastemperaturen von bis zu 900 Grad C bestehen die Rohre und Gehäuse derzeit allgemein aus Stahlblech, vorzugsweise aus Edelstahlblech. Deswegen haben die Abgasanlagen ein hohes Gewicht.The exhaust systems of internal combustion engines include exhaust pipes and casings with silencers, catalytic converters and soot filters. Given the exhaust gas temperatures of up to 900 degrees C, the pipes and housings are currently generally made of sheet steel, preferably made of stainless steel sheet. That is why the exhaust systems have a high weight.

Selbstverständlich wurde versucht, die Stahlbleche durch leichtere Materialien zu ersetzen. Untersucht wurde insbesondere die Eignung von Keramikwerkstoffen. Diese konnten jedoch keinen Eingang in die Serienproduktion finden.Of course, attempts have been made to replace the steel sheets with lighter materials. In particular, the suitability of ceramic materials was examined. However, these could not find an entrance into serial production.

Es wurde auch untersucht, ob Abgasanlagenteile, insbesondere Endschalldämpfer, aus leichten Kunststoffen herstellbar sein könnten. Man vergleiche z. B. DE 37 08 696 A1 . Auch diese konnten keinen Eingang in die Serienproduktion finden.It was also examined whether exhaust system parts, in particular rear silencer, could be made of lightweight plastics. Compare z. B. DE 37 08 696 A1 , These, too, could not find an entrance into serial production.

In der DE 103 41 915 A1 sind Metalle für Abgasanlagen als beständig gegen die Einwirkung heißer Gase und Verbrennungsprodukte sowie Temperaturen oberhalb von 550°C beschrieben.In the DE 103 41 915 A1 Exhaust gas metals are described as resistant to the action of hot gases and combustion products and temperatures above 550 ° C.

Nach der US 4,487,289 A1 werden als Isolationsstoff für isolierte Gehäuse von Abgasanlagen keramische Fasern beschrieben.After US 4,487,289 A1 are described as insulation material for insulated housing of exhaust systems ceramic fibers.

In der DE 198 49 366 A1 sind Sandwich-Abschirmbleche, insbesondere Hitzeschilde und/oder Schalldämmelemente zum Einsatz rund um Verbrennungsmotoren eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Diese bestehen aus zwei übereinanderliegenden Metallblechen und einer mindestens abschnittsweise zwischen den Metallblechen angeordneten und an diesen haftenden nichtmetallischen Zwischenschicht. Die Metallbleche werden mit der Zwischenschicht durch Biegen und/oder Prägen räumlich verformt und sind teilweise perforiert. Ein unmittelbarer Kontakt mit Abgasen ist für solche Bleche nicht beschrieben.In the DE 198 49 366 A1 sandwich shielding, in particular heat shields and / or sound insulation elements are described for use around internal combustion engines of a motor vehicle. These consist of two superimposed metal sheets and at least partially arranged between the metal sheets and adhering to these non-metallic intermediate layer. The metal sheets are spatially deformed with the intermediate layer by bending and / or embossing and are partially perforated. Direct contact with exhaust gases is not described for such sheets.

Aus der EP 0 441 466 A2 ist ein schalldämmendes Konstruktionselement in Form eines Doppelwandhohlkörpers aus zwei Stahlblechen mit einer Zwischenlage aus einer ca. 1 Millimeter starken Bitumenpappe bekannt. Die Ränder der Stahlbleche sind miteinander verschweißt, so dass die Bitumenpappe keinen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Als Anwendung ist eine schallgedämpfte Kardanwelle angegeben.From the EP 0 441 466 A2 is a sound-absorbing construction element in the form of a double-walled hollow body of two steel sheets with an intermediate layer of about 1 millimeter thick bitumen board known. The edges of the steel sheets are welded together, so that the bitumen board is not exposed to environmental influences. As an application, a sound-damped cardan shaft is specified.

Weitere Schall und/oder Wärme isolierende Metall-Isolierstoff-Kombinationen zur Anwendung im Automobilbau zeigen die DE 197 38 622 C2 , die DE 39 05 871 C2 , die DE 41 37 706 C2 und die DE 28 48 110 C2 . Dabei sind sowohl die Bleche als auch die Isolierstoffe hoch temperaturbeständig.Other sound and / or heat-insulating metal-insulating combinations for use in the automotive industry show the DE 197 38 622 C2 , the DE 39 05 871 C2 , the DE 41 37 706 C2 and the DE 28 48 110 C2 , Both the sheets and the insulating materials are highly temperature-resistant.

In der US 4,137,993 B sind Gehäuse für Schalldämpfer beschrieben, bei denen eine Isolationsschicht aus Asbestpapier durch ein Isolationsmaterial bestehend aus 95–98% Glasfieber und 2–5% Polyvinylalkohol als Bindemittel ersetzt ist. Diese Isolationsschicht weist im Vergleich zu Asbestpapier ähnliche Eigenschaften in Bezug auf die thermische Isolation, akustische Dämpfung und Haltbarkeit auf.In the US 4,137,993 B describes casings for silencers, in which an insulating layer of asbestos paper is replaced by an insulating material consisting of 95-98% glass fiber and 2-5% polyvinyl alcohol as a binder. This insulating layer has similar properties in thermal insulation, acoustic damping and durability as compared to asbestos paper.

Nach der DE 86 00 167 U1 sind doppelwandige Rußfiltergehäuse mit einer hitzebeständigen Wärme- und Schalldämmeinlage bekannt.After DE 86 00 167 U1 are known double-walled soot filter housing with a heat-resistant heat and sound insulation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Gehäuse der eingangs genannten Art anzugeben, das erheblich leichter und preiswerter ist und sich auch einfacher fertigen lässt, ohne dass bei der Brauchbarkeit Abstriche gemacht werden müssen.The present invention is based on the object to provide a housing of the type mentioned, which is considerably easier and cheaper and can also be easier to manufacture, without any compromise in terms of usability.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a housing having the features of claim 1.

Die erfindungsgemässe Isolierschicht auf der Basis von Papier oder Karton ist auf einen Mantel bestehend aus einer Beschichtung oder Tränkschicht aus Metall oder Keramik aufgebracht und außen mit einer Kunststoff- oder Metallschicht isoliert. Dies sorgt für eine drastische Verringerung von Gewicht und Kosten. Außerdem lässt sich Papier oder Karton wesentlich einfacher verarbeiten als Stahlblech. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Isolierschicht auf der Basis von Papier oder Karton nicht verbrennt, sondern auf der Innenseite, dort wo die höchsten Temperaturen auftreten, lediglich verkohlt. Bei einer Abgastemperatur von 900 Grad C wurden auch nach mehreren Stunden auf der Außenseite einer nur 17 Millimeter dicken Kartonschicht, die keinerlei temperaturbeständige Füllstoffe enthielt, lediglich ca. 100 Grad C gemessen.The inventive insulating layer based on paper or cardboard is applied to a jacket consisting of a coating or impregnated layer of metal or ceramic and externally insulated with a plastic or metal layer. This drastically reduces weight and costs. In addition, paper or cardboard is much easier to process than sheet steel. Surprisingly, it has been found that the insulating layer based on paper or cardboard does not burn, but only charred on the inside, where the highest temperatures occur. At an exhaust gas temperature of 900 degrees C, only about 100 degrees C were measured after several hours on the outside of a cardboard layer only 17 millimeters thick, which contained no temperature-resistant fillers.

Voraussetzung ist, dass der innere Mantel temperaturbeständig, kondensatbeständig und sauerstofffest ist.The prerequisite is that the inner jacket is temperature-resistant, condensate-resistant and oxygen-resistant.

Dies wird in erster Linie von einer Metall- oder Keramikfolie gewährleistet.This is guaranteed primarily by a metal or ceramic foil.

Besteht die Isolierschicht aus Papier oder dünnem Karton, so kann sie in mehreren Lagen aufgewickelt sein, um die nötige Dicke zu erreichen.If the insulating layer consists of paper or thin cardboard, it may be wound up in several layers in order to achieve the required thickness.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Isolierschicht Zellstoff, Bindemittel und/oder Füllstoffe, wobei letztere vorzugsweise Aluminiumoxid und/oder -carbid enthalten.According to one embodiment of the invention, the insulating layer contains pulp, binders and / or fillers, the latter preferably containing alumina and / or carbide.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Außenseite der Isolierschicht mittels einer Schutzschicht gegen Umwelteinflüsse geschützt.According to one embodiment of the invention, the outside of the insulating layer is protected by a protective layer against environmental influences.

Als Schutzschicht eignen sich Kunststofffolien, da die Außentemperaturen auf der Isolierschicht wie oben erwähnt nur ca. 100 Grad C erreichen.As a protective layer are plastic films, since the outside temperatures on the insulating layer as mentioned above only reach about 100 degrees C.

Als Schutzschicht eignen sich aber auch Metallfolien.As a protective layer but are also metal foils.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.Reference to the drawing, the invention will be explained in the form of an embodiment.

Die Figur zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch einen Abgasschalldämpfer. Man erkennt ein Gehäuse mit einem Mantel 1 aus einem dünnen, z. B. kleiner 0,3 Millimeter starken Metallblech, dessen Stirnseiten mit Blechen 2 geschlossen sind. Durch das Gehäuse hindurch ist ein Abgasrohr 3 geführt, das zur akustischen Ankopplung an das Gehäuse eine Perforationszone 4 aufweist. Die Enden des Rohrs 3 bilden einen Einlass 5 und einen Auslass 6 für die heißen Abgase eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt).The figure shows purely schematically a longitudinal section through an exhaust muffler. You can see a case with a jacket 1 from a thin, z. B. small 0.3 millimeter thick metal sheet whose end faces with sheets 2 are closed. Through the housing is an exhaust pipe 3 led to the acoustic coupling to the housing a perforation zone 4 having. The ends of the pipe 3 form an inlet 5 and an outlet 6 for the hot exhaust gases of an internal combustion engine (not shown).

Alternativ kann der Mantel 1 auch aus einer Keramikfolie bestehen. Wichtig ist, dass der direkte Kontakt der heißen, sauerstoffhaltigen Abgase einerseits und des nassen, säurehaltigen Kondensats andererseits mit der Isolierschicht 10 auf der Außenseite des Mantels 1 verhindert wird.Alternatively, the coat 1 also consist of a ceramic foil. It is important that the direct contact of the hot, oxygen-containing exhaust gases on the one hand and the wet, acidic condensate on the other hand with the insulating layer 10 on the outside of the coat 1 is prevented.

Die Isolierschicht 10 über dem Mantel 1 ist ein Papier oder Karton ausreichender Wandstärke. Ausreichende Wandstärke liegt vor, wenn bei einer Abgastemperatur von 900 Grad C, bei der das Rohr 3 hellrot glüht, die Temperatur an der Außenseite der Isolierschicht 10 ca. 150 Grad C, besser ca. 100 Grad C nicht übersteigt. Versuche haben gezeigt, dass ganz einfacher Karton mit einer Wandstärke von ca. 17 Millimeter genügt.The insulating layer 10 over the coat 1 is a paper or board of sufficient wall thickness. Sufficient wall thickness is present when at an exhaust gas temperature of 900 degrees C, at which the pipe 3 bright red glows, the temperature on the outside of the insulating layer 10 about 150 degrees C, better about 100 degrees C does not exceed. Experiments have shown that quite simple cardboard with a wall thickness of about 17 millimeters is sufficient.

Bei diesen Temperaturen verkohlt zwar die Isolierschicht 10 an der Grenzschicht zum Mantel 1, sie verbrennt jedoch nicht und behält ihre Form und Stabilität.Although the insulating layer charred at these temperatures 10 at the boundary layer to the mantle 1 However, it does not burn and retains its shape and stability.

Es versteht sich, dass die Isolierschicht 10 mit geeigneten Füll- und Zuschlagstoffen sowie Bindemitteln im Hinblick auf erhöhte mechanische Stabilität weiter optimiert werden kann.It is understood that the insulating layer 10 can be further optimized with suitable fillers and additives as well as binders with regard to increased mechanical stability.

Die Außenseite der Isolierschicht 10 ist mit einer dünnen Schutzschicht 11 gegen Umwelteinflüsse geschützt. Aufgrund der geringen Temperaturen sind dazu Kunststoffschichten oder auch Kunststofffolien ebenso geeignet wie z. B. Metallschichten oder -folien.The outside of the insulating layer 10 is with a thin protective layer 11 protected against environmental influences. Due to the low temperatures to plastic layers or plastic films are also suitable as z. B. metal layers or foils.

Claims (7)

Gehäuse in einer Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, umfassend – einen Mantel (1), – einen Einlass (5) und einen Auslass (6), – wenigstens ein Abgas führendes Rohr (3) mit wenigstens einer Öffnung (4) zur akustischen Ankopplung – und stirnseitige Elemente (2) in Form von Blechen oder Konen zur Abdichtung zwischen Mantel (1) und Rohr (3), gekennzeichnet durch die Merkmale – der Mantel (1) ist eine temperaturbeständige, sauerstoffbeständige und kondensatbeständige Beschichtung oder Tränkschicht aus Metall oder Keramik auf der Innenseite einer Isolierschicht (10), – auf dem Mantel (1) befindet sich die dicke, temperaturbeständige Isolierschicht (10) auf der Basis von Papier oder Karton, – die Außenseite der Isolierschicht (10) ist mit einer Kunststoff- oder Metallschicht als Schutzschicht (11) gegen Umwelteinflüsse geschützt.Housing in an exhaust system for internal combustion engines, comprising - a jacket ( 1 ), - an inlet ( 5 ) and an outlet ( 6 ), - at least one exhaust pipe leading ( 3 ) with at least one opening ( 4 ) for acoustic coupling - and frontal elements ( 2 ) in the form of sheets or cones for sealing between shell ( 1 ) and pipe ( 3 ), characterized by the features - the coat ( 1 ) is a temperature-resistant, oxygen-resistant and condensate-resistant coating or impregnating layer of metal or ceramic on the inside of an insulating layer ( 10 ), - on the coat ( 1 ) is the thick, temperature-resistant insulating layer ( 10 ) based on paper or cardboard, - the outside of the insulating layer ( 10 ) is provided with a plastic or metal layer as a protective layer ( 11 ) protected against environmental influences. Gehäuse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Isolierschicht (10) besteht aus einem mehrfach aufgewickelten Papier oder Karton.Housing according to claim 1, characterized by the feature - the insulating layer ( 10 ) consists of a multiple wound paper or cardboard. Gehäuse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Isolierschicht (10) enthält Zellstoff.Housing according to at least one of claims 1 and 2, characterized by the feature - the insulating layer ( 10 ) contains pulp. Gehäuse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Isolierschicht (10) enthält Bindemittel.Housing according to at least one of claims 1 to 3, characterized by the feature - the insulating layer ( 10 ) contains binders. Gehäuse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Isolierschicht (10) enthält Füllstoffe.Housing according to at least one of claims 1 to 4, characterized by the feature - the insulating layer ( 10 ) contains fillers. Gehäuse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Füllstoffe enthalten Aluminiumoxid.Housing according to claim 5, characterized by the feature - The fillers contain alumina. Gehäuse nach den Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Füllstoffe enthalten Aluminiumcarbid.Housing according to claims 5 or 6, characterized by the feature - The fillers contain aluminum carbide.
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