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Schalldämpfer.
Neben den üblichen Schalldämpfern für den Auspuff von Kraftmaschinen oder für das Abströmen von hochgespanntem Gas oder Dampf, bei welchen die Geräuschverminderung durch eines oder mehrere der nachfolgenden Mittel, wie Kühlung, Expansion. Wirbelung und Erschwerung des Durehzuges der Gase oder Dämpfe mittels Prallwänden oder mittels mit sehallabsorbierenden Materialien, wie Asbest, Metallwolle, Späne usw., gefüllter Einsätze in der Gasbahn bewirkt wird und bei welchen ein die Leistung der Maschine herabsetzender Rückdruck unvermeidlich ist, hat man auch Schalldämpfer vorgeschlagen, in welchen die Auspuffgase einen praktisch widerstandslosen Weg durchziehen, welcher von Einsätzen aus unzerbrechlichem, nicht zerbröckelndem, homogenem Stoff, wie Holz, Kunstholz, Xylolith u.
dgl., begrenzt ist, also von einem Stoff, der Schall nur wenig, den Druck der Gase aber überhaupt nicht absorbiert.
Es wurde nun gefunden, dass die Wirkung eines Schalldämpfers dann wesentlich verbessert wird, wenn bei einem praktisch widerstandslosen Weg der unter Druck stehenden selmllerzeugenden Gase durch den Dämpfer dieser Weg von einem Material begrenzt oder umschlossen ist, welches nicht nur Schall, sondern auch Gasdruck absorbierend ist. Bei periodisch unter hohem Druck mit dazwischenliegenden Drucktälern abströmenden Gasen, wie z. B. bei Auspuffgasen einer Kraftmaschine, muss der Dämpfer die Druckspitzen vernichten und das Strömen der austretenden Gaswellen in einem Masse ausgleichen, dass kein Schall entsteht ; ferner muss ein im Dämpfer hervorgebrachter oder dorthin übertragener Schall abgedämpft werden.
Auf der Zeichnung sind die Fig. 1,3, 4,6, 8,9 und 10 Längsschnitte durch verschiedene Ausführungs- formen des Dämpfers nach der Erfindung, während die Fig. 2,7 und 11 Querschnitte nach den Linien 2-2
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der Ausführungsform nach Fig. 4 ; die Fig. 12 und 13 zeigen schematisch die Wirkung des Dämpfers auf
Auspuffgase.
Bei der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsform des Schalldämpfers schliesst der äussere Blechzylinder 1, der an seinen Enden durch Scheiben 5, 6 abgeschlossen ist, einen Ringraum 2 ein, welcher mit porösem, Schall und Gasdruck absorbierendem Material gefüllt ist. Dieses Material kann aus mineralischen Fasern, Metallwolle oder sonstigen porösem, nicht entzündbarem Gut bestehen, etwa aus zerkleinerten mineralischen Stoffen, Glimmer, aufgeblättertem Vermikulit, Zonolit, Schlackenwolle, Koks, Bimsstein u. dgl. allein oder in Gemengen.
Um das Geräusch von Abblasgasen oder jenes bei der Ansaug-und Austrittsleitung von Luftverdichtern sowie überhaupt das Geräusch von Gasen, welche Zimmertemperatur aufweisen, zu dämpfen, sind Wolle, Baumwolle oder andere Zellulosefasern verwendbar, da hiebei die Gefahr des Entzünden nicht besteht.
Da jedes Material, welches nicht vollkommen schallreflektierend ist, als ein Schallabsorptions- material angesprochen werden kann, soll die Bedeutung des hier verwendeten Ausdruckes"sehallabsorbierendes Material"näher erläutert werden. Als Vergleichsbasis dient bei allen akustischen Unter- suchungen der Sehall, der durch eine freie Öffnung übermittelt wird. Das Verhältnis des von einer Materialfläche absorbierten Schalles zu jenem, welcher von einer gleich grossen freien Öffnung übermittelt wird, heisst der Absorptionsfaktor oder Absorptionswert des betreffenden Materials. Absorbiert ein Material z. B. ein Viertel des von einer gleich grossen freien Öffnung übermittelten Schalles, so hat dieses Material einen Absorptionsfaktor von 25%.
Wenn also in der Beschreibung von Schallabsorptionsfaktor eines absorbierenden Materials oder einer Ausführungsform eines Dämpfers gesprochen wird, so ist darunter
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zu verstehen, dass dieser Faktor erhalten wird, indem man die Absorption dieses Material oder der Konstruktion des Dämpfers in der üblichen Weise mit Hilfe flacher Schichten aus diesem Material misst. Dies ist notwendig, weil es beim fertigen Dämpfer schwierig oder nahezu unmöglich ist. den Faktor zu bestimmen. Sobald der Absorptionsfaktor des Materials bei Dämpfern abnimmt, muss die Grösse des Dämpfers zunehmen, und ein Material mit einem Faktor von 10% oder weniger würde voraussichtlich zu unbrauch- baren, unhandliches Grössen der Vorrichtung fuhren.
In Betracht kommen daher nur Materialien, deren Absorptionsfaktor über 10% bei 1024 Doppelschwingungen in der Sekunde liegt. Die angegebenen Absorptionswerte basieren auf 1024 Doppelsehwingungen pro Sekunde. Für viele Fälle kann ein vorzüglicher Auspuffdämpfer mit einem Material gebaut werden, dessen Absorptionsfaktor 25% oder mehr beträgt.
Für ausserordentliche Zwecke wird ein Material mit einem über 45% liegenden Faktor verwendet. Das absorbierende Material soll für die besten Ergebnisse ziemlich dick sein, mindestens 6 Mm, vorzugsweise 12mm und mehr. Unter mineralischen Fasern wird natürliche oder künstliche mineralische Wolle, zer-
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des Auspuffrohres 7 versehen werden. Bei Schalldämpfern für Kraftfahrzeuge wird das Rohr 7 zumeist lose in die Scheibe 5 eingeführt, und es entfallen dabei die Gewinde. Die Pfeile in den Zeichnungen geben die Richtung des Strömens der Gase an, die schliesslich durch das in die Scheibe 6 eingeschraubte Rohr 9 ins Freie treten.
Wie vorhin erwähnt, treten aus dem Rohr 7 aufeinanderfolgend Gasdruckspitzen mit hoher Geschwindigkeit aus ; jede solche Druckspitze trachtet nach allen Richtungen zu expandieren. Die Druckwellen gehen ungehindert durch den gelochten Zylinder 3 hindurch und treten in den Ringraum 2 ein.
Die Lochungen können in Grösse und Gestalt verschiedenartig ausgeführt werden, doch wird wegen der. niedrigeren Herstellungskosten eine kreisrunde Lochung vorgezogen, deren Durchmesser zwischen 1'7 bis 3 KtK liegt, ohne aber auf diese Masse beschränkt zu sein. Eine gleichmässige Verteilung der
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gute Ergebnisse mit Loehungen erhalten, deren Fläche nur 1% des Bleches ausmacht. Die Gestalt, Grösse und Verteilung der Lochungen beeinflussen den Durchgang der Gase und des Schalles durch das Blech.
Die Loehungen sollen so klein sein, dass das absorbierende Material beim Betrieb des Dämpfers nicht durchfällt. Vorzügliche Ergebnisse werden erhalten, wenn der nicht perforierte Teil den Öffnungen gegen- über in solchem Mass vorhanden ist, dass den Schallwellen und den Druckwellen eine im Wesen kontinuierliche Fläche dargeboten ist ; hiebei sind die durchschnittlichen Dimensionen der einzelnen Öffnungen gewöhnlich kleiner als der Abstand zwischen ihren Rändern.
Versuche haben ergeben, dass ein Dämpfer, dessen absorbierendes Material mit einem steifen, gelochten Blech abgedeckt ist, dessen Lochungsfläche nur 2%% der Bleehfläehe beträgt und dessen Loehungen einen Durchmesser von etwa 1-9 MM haben, so viel Schall absorbiert und eine gleiche Dämpfwirkung hat wie ein Dämpfer ohne eine solche gelochte Abdeckung.
Das faserige absorbierende Material besteht aus nichtentzündliehen Fasern in solch verschiedenartiger Verteilung, dass winzige Zwischenräume, Poren oder Zellen von mehr oder weniger gleichartiger Grösse und Verteilung entstehen. Es wird in solcher Weise eingestopft, dass gewöhnlich nur bis etwa 20 u des Ringraumes 2 von den Fasern des Materials selbst eingenommen werden und daher 80% und mehr frei bleiben. Werden die Fasern zu locker eingestopft, so setzen sie sieh im Betriebe zu einer mehr kompakten Masse zusammen, und wenn sie zu fest eingestopft sind, vermindert sich der Wirkungsgrad des Dämpfers. Das Material ist im Betriebe starken Schwingungen und Stössen durch die Auspuffgase ausgesetzt und darf dabei nicht zerfallen.
Der ausgefüllte Teil des Dämpfers ergibt einen Expansionsraum für die Druckspitzen, wodurch der maximale Druck der pulsierenden Gase herabgemindert, die Druck
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schiedene Arten des Pulsieren des Gases bei ihrem Eintritt in den Dämpfer und in strichlierten Linien die Gestalt nach erfolgter Expansion. Die Charakteristik der Druckwelle ist verflacht worden. Fig. 13 zeigt in vollen Linien die Charakteristik der Druckwelle gleich der striehlierten Kurve der Fig. 12, und die strichlierten Linien der Fig. 13 veranschaulichen die Charakteristik der Druckwelle, nachdem das Gas auf das poröse absorbierende Material gestossen ist.
Letzteres bietet dem ziemlich gleichmässigen Fliessen des Gasstromes durch den geraden Kanal 4 praktisch keinen Widerstand dar. und insbesondere wird bei einem Kanal 4 aus glattem gelochten Blech das Strömen erleichtert, so dass der Gasstrom keinen Widerstand erfährt und daher kein oder ein nur ganz geringfügiger Rückdruck erzeugt wird.
Der gelochte Zylinder 3 hat weiters noch die Wirkung, dass er den Schall, der am Ende des Rohres 7 beim Austritt der Gase entsteht. durchtreten lässt, so dass dieser Schall im Ringraum 2 gedämpft wird.
Da die Eindringtiefe der Gase in das Material des Raumes 2 vom Druck abhängt, wird nächst dem Rohre 7 ein stärkeres Eindringen stattfinden. Aus diesem Grunde kann dortselbst, wie Fig. 3 zeigt, der Ringraum grösser sein als beim Austrittsende.
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Bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 hat das aus einem Stück oder vorzugsweise aus zwei ineinander geschraubten Stücken bestehende Gehäuse 10 nächst einem Ende in seiner Wandung eine Öffnung zur tangentialen Einführung des Auspuffrohres 11. In dem der Zutrittsöffnung nächstliegenden Teil 12 befindet sich kein absorbierendes Material. und im Gehäuse 10 ist innen eine Ringscheibe 13 befestigt, an welcher ein Rohr 14 aus gelochtem Blech angeschlossen ist. Dieses Rohr begrenzt den mit absorbierendem Material gefüllten Ringraum 15 ; das Rohr 16 führt vom Austrittsende des Gehäuses 10 ab.
Die Auspuffgase treten durch das tangential angeordnete Rohr 11 ein und strömen durch die Rohre 14 und 16 ab. Bei der Expansion in der Kammer 12 findet eine beträchtliche Verminderung der Grösse und Schärfe der Druckspitzen statt. Der in der Kammer 12 infolge der Expansion entstehende Schall wird durch das Material im Ringraum 15 gedämpft, und die Druckspitzen werden, wie früher erläutert, durch die Expansion innerhalb des Absorptionsmaterials verflacht. Die Gase können, statt tangential zugeführt zu werden, auch axial durch das strichliert gezeichnete Rohr 11'zutreten.
Eine weitere Ausführung der Erfindung zeigen die Fig. 6 und 7. Die äussere zylindrische Büchse 17 ist mit Scheiben 18, 19 abgeschlossen, in welche die Zu- und Austrittsrohre 21 bzw. 20 eingeschraubt sind.
Die innere Büchse 22 ist aus mit radialen Rippen versehenen Segmenten zusammengesetzt (Fig. 7) und stützt sich mit diesen Rippen gegen die Aussenbüchse ab :'sie ist innen mit nicht entzündlichen absorbierenden Material gefüllt. Die Gase gehen ungehindert durch den Ringkanal hindurch. Ein solcher zentraler Kern gemäss Fig. 6 kann auch im Verein mit einem Expansionsraum und tangentialer Einführung verwendet werden. Bei der in Fig. 8 veranschaulichten Ausführungsform ist die äussere zylindrische Büchse 2. 3 mit stirnseitigen Scheiben 24 und 25 versehen, in welche Rohre 26 und 27 münden. Innerhalb der Büchse 2. 3 und gleichachsig zu ihr ist eine kegelförmige Bücnse 28 aus gelochtem Blech eingesetzt, deren weites Ende beim Gaszutritt liegt.
Der zwischen den beiden Büchsen befindliehe Ringraum 29
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Raum ausdehnen und treffen auf immer grösser werdende Mengen von Absorptionsmaterial, in welchem die Expansion um so stärker erfolgt, als s-eh die Gase der Auspufföffnung nähern.
Die Fig. 9 zeigt eine Ausführung, bei welcher die in den Fig. 1 und 6 veranschaulichten Merkmale miteinander vereinigt s : nd. Die äussere zylindrische Büchse 30 hat an einem Ende Öffnungen 37 und
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