AT10395U1 - Resonator zur dämpfung von geräuschen und einzeltönen in rohrleitungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Resonator zur Dämpfung von Geräuschen und Einzeltönen in Rohrleitungen.

Rohrleitungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind ummantelte Räume mit gegenüber ihrer Längsabmessung kleinen Querabmessungen (Lüftungskanäle, Abgasrohre, Kamine etc.).

Es sind beispielsweise aus Schmidt, Helmut: Schalltechnisches Taschenbuch; 4. Auflage, Düsseldorf, 1989, verschiedene Resonatortypen zur Schalldämpfung in Rohrleitungen und Kanälen bekannt. Für die praktische Anwendung kommen zwei prinzipielle Ausführungsformen in Frage, die entweder auf Abzweigungen an oder von Querschnittsveränderungen in der Rohrleitung beruhen. Ein gebräuchlicher Resonatortyp ist z.B. der Helmholtz-Resonator, der im Prinzip aus einem Hohlraum besteht, der in der Regel durch eine oder mehrere kreisförmige Öffnungen mit der zu dämpfenden Leitung verbunden ist. Die Öffnungen sind dabei gleichmäs-sig bzw. symmetrisch über die gemeinsame Fläche zwischen Kammer und Rohrleitung verteilt. Nachteilig ist, dass die Dämpfungswirkung eines Helmholtz-Resonators weitgehend auf den Bereich um eine einzige Frequenz, der Resonanzfrequenz des Systems, beschränkt bleibt. In den restlichen Frequenzbereichen liegt eine wesentlich geringere Pegelminderung vor.

Ein abgewandelter Vertreter dieses Resonatortyps ist der sogenannte Lochresonator. Er besteht im wesentlichen aus einem Hohlraum, der durch eine perforierte Platte mit einem gewissen Lochflächenanteil vom zu bedämpfenden Raum getrennt ist.

Bekannt ist ferner der sogenannte Pfeifenresonator.

Die Wirkungsweise eines Pfeifenresonators beruht auf Interferenzen zwischen der ankommen-den Schallwelle in der Rohrleitung und einer reflektierten Schallwelle. Die Reflexion tritt beispielsweise in an die Rohrleitung angekoppelten Rohrstücken oder an Räumen mit gegenüber der Rohrleitung grossen Querschnittsänderungen auf, in die die Rohrleitung noch hineinragt. Die dämpfende Wirkung der Interferenzerscheinungen ist dabei abhängig von der Länge der angekoppelten Rohrleitung bzw. der Länge, mit der die Rohrleitung noch in den Raum mit vergrössertem Querschnitt hineinragt. Die maximale Dämpfung eines solchen Pfeifenresonators liegt bei einer Wellenlänge, die dem Vierfachen der Länge des angekoppelten Rohres bzw. des hineinragenden Teiles der Rohrleitung entspricht (lambda /4-Pfeife). Weitere Dämpfungsbereiche liegen bei dem ungeradzahligen Vielfachen von dem so gegebenen lambda /4. lambda stellt dabei die Wellenlänge der Schallwelle im Ausbreitungsmedium in der Rohrleitung dar.

Zum genauen Festlegen der Länge 1/4 lambda muss berücksichtigt werden, dass sich die physikalische Rohrlänge für die Luftschwingung um eine gewisse Strecke verlängert. Daher wird die physische Rohrlänge eines solchen Pfeifenresonators um eine Mündungskorrektur verkürzt.

Der Nachteil der beschriebenen Resonatoren besteht darin, dass sie lediglich bei einzelnen bzw. diskreten (Resonanz-)Frequenzen eine wirksame Geräuschdämpfung erzielen. Zudem verursachen Resonatoren, die auf dem Prinzip der plötzlichen Rohrquerschnittsänderung basieren, einen hohen Druckverlust innerhalb der Leitung.

Ein typischer Resonator ist aus der DE-A1-198 55 708 für Motorabgasleitungen, insbesondere solchen für Abgasturboladern bekannt. Problematisch bei bekannten Resonatoren ist, dass sie nicht in gebogenen Rohren vorgesehen werden können - sie sind auf gerade Rohrabschnitte begrenzt, da die Begrenzung - meist ein Innenrohr - sonst nicht einbringbar ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen schalldämpfenden Resonator für Rohrleitungen zu entwickeln, der einfach auch in gebogene Rohre beliebiger Länge eingebaut werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Resonator zur Dämpfung von Geräuschen in einer 3 AT 010 395 U1

Rohrleitung mit mindestens zwei in einen erweiterten Bereich der Rohrleitung befindlichen Kammern mit jeweils einer Öffnung zur Kommunikation mit dem Rohrinneren und einer die Kammern von der Rohrleitung trennenden Begrenzung mit einer in Rohrleitungsrichtung gemessenen Länge 11 + I2, wobei die Rohrleitung einen erweiterten Bereich aufweist, innerhalb dessen sie getrennt ist und die Begrenzung so angeordnet ist, dass zwischen Begrenzung und dem erweiterten Bereich Kammern gebildet sind, gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dadurch, dass nun die Begrenzung - meist in Form eines Rohrabschnitts - nach Trennung der Rohrleitung an der für den Einsatz des Resonators vorgesehenen Stelle in einen erweiterten Bereich des Rohrabschnitts eingesetzt und in diesem durch Befestiger angebracht ist, ist es möglich, auch in gebogenen Leitungen beliebiger Länge derartige Resonatoren vorzusehen, ohne diese aufwendig in eine gebogene Rohrleitung beidseitig einschweissen zu müssen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Begrenzung aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung besteht, denn so können Recycling-Probleme umgangen werden wie auch Probleme, die durch verschiedene Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Metalle entstehen könnten.

Vorteilhafterweise ist die Begrenzung mittels Befestigern, die auch als Kammerwand dienen können, am erweiterten Bereich der Rohrleitung befestigt.

Bei einer Ausführungsform verbinden die Befestiger zwei erweiterte Abschnitte der Rohrleitung und halten andererseits die Begrenzung.

Es ist auch möglich, Befestiger durch mindestens ein umgebogenes Ende eines erweiterten Rohrabschnitts auszubilden.

Die Kammern und die Begrenzung derselben können aber auch durch die umgebogenen erweiterten Enden von zwei Rohrabschnitten gebildet sein.

Typischerweise besteht ein derartiger Resonator aus Metall, wie Aluminiumblech, Stahlblech etc. Für spezielle Anwendungen können aber auch Kunststoff oder Kombinationen von Kunststoff und Metall oder aber Verbundmaterialien eingesetzt werden, je nach Einsatz. So können Schalldämpfer durch dem Fachmann geläufige Materialwahl so ausgelegt werden, dass sie auch in Rohrleitungen, durch die z.T. auch mit korrosiven Stoffen verunreinigte Gasgemische geleitet werden, hohe Standzeiten besitzen.

Der Resonator besteht also im wesentlichen aus zwei verschiedenen Kammern, die an die Rohrleitung grenzen bzw. durch die die Rohrleitung geführt werden.

Die Strecke, welche die Begrenzung (Rohrabschnitt) in den sie umgebenden erweiterten Rohrabschnitt hineinragt bzw. die Kammer begrenzt, bemisst sich im wesentlichen nach der Auslegung eines Pfeifenresonators, wie dem Fachmann geläufig ist.

Die Resonatoren wirken als Helmholtz-Resonatoren, somit lassen sich mit geeigneter Dimensionierung Resonanzfrequenzen festlegen, bei denen die Dämpfung wirkt. Eine geeignete Dimensionierung erschliesst sich dem Fachmann ohne weiteres.

Enthält das Gasgemisch in der zu dämpfenden Leitung keinen oder nur einen geringen Anteil an Schmutzpartikeln oder korrosiven Stoffen, so kann das Kammervolumen zur weiteren Schalldämmung auch mit geeignetem Material wie Stein-/Mineralwolle ganz oder teilweise gefüllt sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Resonatoren anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigen 4 AT010 395U1

Fig. 1 schematisch die Herstellung eines Resonators

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonators

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonators;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonators;

Fig. 5 eine Ausführungsform des Resonators in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonators Fig. 7, 7a, 7b, 7c eine weitere Ausführungsform des Resonators mit geschlitztem Innenrohr;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des Resonators mit gefaltetem geschlitztem Innenrohr; und Fig. 9 eine weitere Ausführungsform des Resonators mit geschlitztem Innenrohr

Der Helmholtz-Resonator der Figur 1 besteht aus einer Kammer 10 der Länge 11 mit einer Öffnung 11 und einer weiteren Kammer 20 der Länge I2 mit einer Öffnung 21 welche durch einen erweiterten Bereich der Rohrleitung 3, den Befestiger 6 und die Begrenzung 4 definiert sind.

In Fig. 1 ist schematisch die Herstellung eines erfindungsgemäßen Resonators erläutert.

Ein mit einer Aufweitung versehenes Rohr 2 wird im Bereich der Aufweitung 3 getrennt. Durch die Trennstelle wird eine hier als Rohrabschnitt ausgebildete Begrenzung 4 so eingebracht, dass eine Eingangsöffnung definierter Grösse 21 verbleibt und mittels eines im wstl. U-profilartigen Befestigerrings 6 in einem Rohrende 3 befestigt. Dadurch wird eine offene Kammer 20 gebildet, deren Öffnung 21 die Verbindung mit dem Rohrinneren ermöglicht.

Als nächster Schritt wird nun das zweite aufgeweitete Rohrende 3 über den Befestigerring 6 geschoben und auf diesem so befestigt, dass eine einseitig offene Resonatorkammer 10 der Länge 11 mit einer Öffnung 11 mit Verbindung zum Rohrinneren gebildet wird. So entsteht die in Fig. 5 perspektivisch dargestellte Ausführungsform eines Rohrs mit Schalldämpfer.

Dadurch, dass nun zwei Kammern 10, 20 unterschiedlichen Volumens in Kommunikation mit dem Rohrinneren bestehen (s. Fig. 6) kann nun in jeder der Kammern eine stehende Welle bei Anregung der Fluidsäule im Rohr 2 mit einer vorherbestimmten Frequenz ausgebildet werden, welche über Interferenz bestimmte Schwingungen im Rohrinneren auslöscht. Die Ausgestaltung des Volumens der Kammern 10, 20 ist dem Fachmann geläufig und hängt vom Rohrdurchmesser, dem darin transportierten Fluid, der Grösse der Öffnungen 11, 21 ab.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kammern 10, 20 durch angeschweisste umgebogene Rohrabschnitte 6 (entsprechend zwei miteinander verbundenen Befestigern mit jeweils einer stark verlängertem Wand) gebildet sind. Diese Ausführungsform kann so gebildet werden, dass in ein aufgeweitetes Rohrende 3 zunächst die zusammengeschweißten Befestiger 6 eingebracht, am aufgeweiteten Rohrende 3 unter Bildung einer Kammer 10 mit Öffnung 11 befestigt und sodann das nächste aufgeweitete Rohrende 3 über die Befestiger 6 geschoben und unter Verbleib einer mit dem Rohrinneren kommunizierenden Kammer 20 mit Öffnung 21 dort befestigt wird.

Fig. 3 erläutert eine weitere Ausführungsform, bei der die aufgeweiteten Rohrenden 3 umgebogen und dann im Bereich ihrer Biegung stumpf gegeneinander unter Bildung von zwei Kammern 10, 20 mit Öffnungen 11, 21 zum Rohrinneren miteinander verbunden wurden.

Fig. 4 schlägt eine Kombination eines umgebogenen aufgeweiteten Rohrendes 3 mit einem daran befestigten Rohrabschnitt vor, wobei ein aufgeweitetes Rohrende 3 an ein umgebogenes aufgeweitetes Rohrende 3 angeschlossen wird.

Fig. 7 zeigt eine Kombination eines aufgeschnittenen Aussenrohrs 2 mit einem geschlitzten Innenrohr 4 - diese Konstruktion ermöglicht eine beidseitige Befestigung der Innenrohrenden am Inneren des Rohres 2, sodass das geschlitzte Innenrohr 4 am Befestigungsteil 6 und mit

Claims (8)

1. 5 AT010 395U1 seinen beiden Enden am Inneren des Rohrs 2 festgemacht ist. Die Kommunikation der Fluidsäulen in den beiden Kammern 10, 20 mit der Fluidsäule im Innenrohr 4 ist über die Schlitze 5 im geschlitzten Innenrohr 4 gegeben. In der Fig. 7a ist das Innenrohr der Fig. 7 einzeln gezeichnet - deutlich sieht man die Schlitze, welche eine Kommunikation mit den Resonanzkammern 10, 20 ermöglichen. Fig. 7b und 7c sind Längsschnitte durch das Rohr der Fig. 7a - jeweils winkelmäßig versetzt. In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonators gezeigt, bei dem ein gefaltetes geschlitztes Innenrohr 4, das unter Ausbildung einer Erhebung so im wesentlichen rechtwinklig gefaltet ist, dass die Erhebung zur Befestigung an den erweiterten Rohrenden 3 des Rohrs 2 und somit zur Einsparung eines getrennten Befestigungselementes dient. Die Innenrohrenden sind wiederum am Rohrinneren 2 befestigt. Diese Ausführungsform lässt sich nur mit sehr duktilen Innenrohr-Materialien verwirklichen. In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonators dargestellt, wobei ein geschlitztes Innenrohr 2 - ähnlich der Fig. 7 - allerdings über eine andere Ausführungsform eines Befestigungelementes 6 - befestigt ist. Das Befestigungselement kann ein Ring, Rohrabschnitt oder aber aus Vollmaterial sein und verbindet die aufgetrennten erweiterten Rohrenden 3 des Rohres 2 zu einer dichten Fluidleitung. Die Auswahl der Ausführungsform sowie der Verbindungstechnik hängt stark vom verwendeten Material, dem zu dämpfenden Fluid und den Abmessungen des Dämpfers ab. So kann bei einem wenig duktilen Material ein Umbiegen der aufgeweiteten Rohrenden 3 ungünstig sein, während bei einem sehr duktilen Material unproblematisch gebogene Bereiche der aufgeweiteten Rohrenden 3 hergestellt werden können. Als Verbindungstechnik für die Schalldämpferkomponenten eignet sich jegliche im technischen Gebiet übliche Technik - bei Metallrohren bietet sich bspw. Schweissen jeglicher Art, Löten oder Kleben an. Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist sie keineswegs auf dasselbe eingeschränkt sondern dem Fachmann ist offensichtlich, dass verschiedenste Ausführungen im Rahmen des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche möglich sind. Bezugszeichenliste 2 Rohr 3 Rohrleitung oder Rohrende 4 Begrenzung 6 Befestiger oder Rohrabschnitt 10 Kammer 11 Öffnung 20 Kammer 21 Öffnung Ansprüche: 1. Resonator zur Dämpfung von Geräuschen in einer Rohrleitung (2), mit: mindestens zwei Kammern (10, 20) mit jeweils einer Öffnung (11, 21) in einen erweiterten Bereich (3) einer Rohrleitung (2), die in Verbindung mit dem Rohrinneren stehen und einer am erweiterten Bereich der Rohrleitung befestigten glatten rohrartigen Begrenzung (4) einer Länge (11 + I2) in Rohrleitungsrichtung für die Kammern (10, 20) im erweiterten Bereich der Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (2) im erweiterten Bereich (3) durchtrennt ist; 6 ΑΤ 010 395 U1 die beiden Stücke der Rohrleitung durch ein Verbindungselement (6) verbunden sind und die Kammern (10, 20) zwischen der glatten rohrartigen Begrenzung (4), Verbindungselement (6) und dem erweiterten Bereich (3) der Rohrleitung (2) liegen.
2. 2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung (4) aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung (2) besteht.
3. 3. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung (4) mittels mindestens einem Befestiger (6) am erweiterten Bereich (3) der Rohrleitung (2) befestigt ist.
4. 4. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestiger (6) die zwei Abschnitte der Rohrleitung (2) verbinden und andererseits die Begrenzung halten.
5. 5. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Befestiger (6) durch mindestens ein umgebogenes Ende eines erweiterten Rohrabschnitts (3) gebildet sind.
6. 6. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (10, 20), die Befestigung (6) und die Begrenzung (4) durch umgebogene Enden von zwei Rohrabschnitten (4) gebildet sind.
7. 7. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung (4) ein geschlitztes Innenrohr ist, dessen Endbereiche am Inneren des Rohrs (2) befestigt sind.
8. 8. Resonator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest teilweise aus Metall, wie Aluminiumblech, Stahlblech gebildet ist. Hiezu 6 Blatt Zeichnungen