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Schalldämpfer
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, vorzugsweise für Brennkraftmaschinen, bei dem in dem Gasweg mindestens eine Venturidüse liegt, wobei die in der Leitung zwischen Einlass- und Auslass strö- mende Gasmenge konstant ist und die beim Einlass zugeführte Gasmenge beim Auslass wieder abzieht, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Schalldämpfers. Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der im Gasweg eine Venturidüse liegt. Die Gasmenge, die zwischen dem Einlass in die Leitung und dem Auslass strömt ist konstant, d. h. es wird an keiner zwischen dem und dem Auslass der Leitung gelegenen Stelle ein fremdes Gas zugeführt, so dass die beim Einlass zugeführte Gasmenge beim Auslass wieder abströmt.
In der Leitung der bekannten Vorrichtung sind vor der Venturidüse mehrere im Abstand voneinander angeordnete Blenden eingebaut. Diese Blenden dienen dazu ein Rückströmen des Gases - also eine Strömung vom Auslass zum Einlass-dadurch zu verhindern, dass in diesen Strömungsweg Widerstände eingebaut sind, wodurch teilweise Energievernichtungen auftreten. Die mit der bekannten Vorrichtung erzielbare Schalldämpfung ist nur gering, da auch bei einer Strömung des Gases vom Einlass zum Auslass an den Blenden Wirbelbildungen auftreten, die einer für eine Schalldämpfung notwendigen Vergleichmässigung der Strömung entgegenstehen.
Diese Nachteile können jedoch vermieden werden, wenn erfindungsgemäss im Bereich vor und im Bereich hinter der Venturidüse dem Gas ein im wesentlichen konstanter Durchströmquerschnitt zur Verfügung steht und gegebenenfalls der Venturidüse in an sich bekannter Weise in Fortpflanzungsrichtung des Schalles gesehen, ein Absorptionsschalldämpfer nachgeschaltet ist. Dadurch, dass bei der neuartigen Vorrichtung der gesamte Rohrquerschnitt dem Gas zur Verfügung steht, kann sich die Gasströmung vergleich mässigen und beruhigen, so dass keine, eine Schallempfindung auslösende Schwingungen entstehen.
Absorptionsschalldämpfer sind besonders bei kleinen Aggregaten von Vorteil, bei welchen erfahrungsgemäss hohe Geschwindigkeiten auftreten, so dass die noch vorhandenen Schallschwingungen durch den der Venturidüse nachgeschalteten Absorptionsschalldämpfer weiter vermindert bzw. zum Verschwinden gebracht werden.
Schliesslich sind noch Vorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen in dem Strömungsweg des Gases Venturidüse eingebaut sind, die jedoch dazu dienen, durch Injektorwirkung ein Zweitgas, z. B. Luft in die Leitung einzusaugen. Zur Erzielung einer Schalldämpfung unter Verwendung einer Venturidüse benö- tigt man hohe Gasgeschwindigkeiten, die bei der genannten, vorbekannten Einrichtung nicht erzielbar sind, da wegen der Zweitluftzufuhr ein grosser Querschnitt benötigt wird. Eine Schalldämpfung wird aus diesem Grunde auch mit der letztgenannten Vorrichtung nicht zu erzielen sein.
Das Verfahren zum Betrieb des neuartigen Schalldämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass die mitt lere Strömungsgeschwindigkeit im engsten Querschnitt der Düse zwischen einem Viertel und der Hälfte der Schallgeschwindigkeit des in der Leitung strömenden Mediums beträgt. Die Venturidüse kann rechteckigen, quadratischen od. ähnl. Querschnitt haben. Gegebenenfalls kann dabei die Querschnittsveren- gung gegen die Leitungsachse hin erfolgen.
Dort wo es sich um eckige Leitungen und dementsprechend angepasste eckige Venturidüse handelt, kann nach einer weiteren erfindungsgemässen Bauform in der Leitung mindestens ein tragflächenähnlicher Körper mit Tropfenquerschnitt eingesetzt sein.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind.
Es zeigen : Fig. l zwei Oszillogramme von Druckverläufen in der Auspuffleitung eines Kolbenmotors, Fig. 2einen Längsschnitt durch eine Leitung mit Venturidüse und Absorptionsdämpfer, wobei die Leitung einen runden oder eckigen Querschnitt haben kann, Fig. Seine Leitung mit kreisförmigem Querschnitt und eingebautem Tropfenkörper und Fig. 4 eine rechteckige oder quadratische Leitung, in der zwei tropfenförmige Körper zur Bildung einer Venturidüse vorgesehen sind.
Der zeitliche Druckverlauf, z. B. in einer Ansaug- oder Abgasleitung eines Motors, ist charakterisiert durch kurze Unterdruck- oder Verdichtungsstösse, die bei den periodisch erfolgenden Ansaug- oder Auspuffvorgängen erzeugt werden. Der Gasfluss ist also auf relativ kurze Zeitabschnitte beschränkt, so dass der mittlere Fluss wesentlich geringer ist als die zur Zeit der Druckspitzen auftretenden Werte.
Schaltet man in eine solche Gasleitung eine Venturidüse ein und dimensioniert man diese Düse so. dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im engsten Querschnitt etwa ein Drittel der Schallgeschwindigkeit beträgt, so wird dem Gasfluss, ausser während der Zeit der Druckspitzen, praktisch kein Widerstand entgegengesetzt. i Da jedoch die Strömungsgeschwindigkeit nur auf den dreifachen Wert ansteigen kann, werden die Druckspitzen. die an einem linearen Widerstand einen wesentlich grösseren Fluss erzeugen würden, von der Venturidüse reflektiert. In der Wirkung verhält sich also die Venturidüse genau wie ein Blinddämpfer, wobei sie diesem gegenüber aber zwei entscheidende Vorteile hat, nämlich geringen Raumbedarf und Frequenzunabhängigkeit.
In der Fig. 1 ist ein Oszillogramm a dargestellt, welches den Druckverlauf zeigt, wie er ungefähr in der Auspuffleitung eines Kolbenmotors auftritt. In dem Diagramm ist in der x-Achse die Zeit und in der y-Achse der Druck eingetragen. Die Kurve a zeigt, dass im Druckverlauf eine Folge von nadelförmigen Spitzen auftritt, die akustisch jede für sich einen scharfen Knall darstellen. Das Spektrum eines solchen Schallvorganges reicht daher wegen der Schärfe der Spitzen bis zu den höchsten Frequenzen des Hörbereichs.
Die ferner in der Fig. 1 eingezeichnete Kurve b zeigt die Verhältnisse nach Durchgang durch ein Venturirohr gemäss der Erfindung. Die scharfen Spitzen sind abgeschnitten, denn der maximal hinter dem Venturirohr noch mögliche Druck ist der, der in der engsten Stelle der Düse gerade eine Strömung von Schallgeschwindigkeit erzeugt. Es wird sich daher der Gasfluss entsprechend über etwas längere Zeitintervalle verteilen, so dass das Spektrum dann keine hohen Frequenzen mehr enthält und auch die Gesamtlautstärke des abgestrahlten Schalles ist wegen der geringen Höhe der Wechseldrucke gering.
Falls derartige Düsen in ihrer Dimension nicht richtig gestaltet sind, oder wenn wechselnde Betriebsbedingungen vorliegen, besteht die Gefahr, dass die Strömung hinter der Düse in eine Überschallströmung umschlägt, wie sie bei der Lavaldüse auftritt. Aus diesem Grunde erscheint es vorteilhaft, die Düsenquerschnitte nicht zu gross zu wählen, sondern besser eine grössere Anzahl von Düsen oder schlitz- oder ringförmige Düsen vorzusehen.
Soweit in solchen Fällen noch unter Umständen in der Düse Strömungsgeräusche entstehen, können diese und noch ein gegebenenfalls verbleibender Restschall in einem der Düse nachgeschalteten Absorptionsschalldämpfer gedämpft werden, der jedoch wesentlich kleiner gebaut werden kann als derartige Schalldämpfer sonst gebraucht werden, wenn vorher keine Düse gemäss der Erfindung Verwendung findet.
In Fig. 2 ist eine Leitung 1 von rundem oder eckigem Querschnitt dargestellt, durch die in Richtung der Pfeile ein Gas strömt, welches von einer Brennkraftmaschine od. dgl. kommt. In den Verlauf der Lei- tung 1 ist eine Venturidüse 2 eingeformt, hinter der die Leitung 1 wieder auf den ursprünglichen Durchmesser bzw. die ursprüngliche Form übergeht. Zwischen die Venturidüse 2 und das Austrittsende 3 ist ein Absorptionsdämpfer geschaltet, der in Form eines Behälters 5 die Leitung 1 umgibt, die an diesen Stellen mit zahlreichen Durchbrechungen 4 versehen ist. Der Behälter 5 ist mit Schallschluckstoff 6 angefüllt.
Ein Beispiel für die. Anordnung einer ringförmigen Venturidüse gibt Fig. 3, wobei dort noch im besonderen der Fall dargestellt ist, dass bei einer bestehenden Leitung nachträglich der Einbau erfolgen soll.
In eine Leitung 7 mit kreisförmigem Querschnitt, ist ein Tropfenkörper 8 eingesetzt, um den herum, gegenüber der Wand der Rohrleitung 7, eine ringförmige'Venturidüse entsteht. Auch hier ist wieder nach der Düse und vor dem Austrittsende 9 ein Absorptionsdämpfer in Form eines Behälters 11 vorgesehen. der die Leitung 7 an einer Stelle mit zahlreichen Durchbrechungen 10 umgibt, wobei der Behälter 11 mit Schallschluckstoff 12 angefüllt ist.
Schliesslich ist als weiteres Beispiel in Fig. 4 die Anordnung innerhalb einer viereckigen Leitung vor-
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gesehen, wobei die beiden Seitenwände weggelassen sind. In der Leitung 13 sind Einbauten 14 in Form von Tragflächenprofilen vorgesehen, so dass entsprechende Querschnittsverengungen entstehen, die einer Venturidüse entsprechen. Vor dem Austrittsende 15 ist die Leitung 13 mit einem Behälter 17, der mit Schallschluckstoff 18 angefüllt ist, umgeben, wobei innerhalb dieses Behälters die Leitung 13 mit zahlreichen Durchbrechungen 16 versehen ist. Auch hier erfolgt die Strömung wieder in der Richtung der eingezeichneten Pfeile.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schalldämpfer, vorzugsweise für Brennkraftmaschinen, bei dem in dem Gasweg mindestens eine Venturidüse liegt, wobei die in der Leitung zwischen Einlass- und Auslass strömende Gasmenge konstant ist und die beim Einlass zugeführte Gasmenge beim Auslass wieder abzieht, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich vor und im Bereich hinter der Venturidüse (2) dem Gas ein im wesentlichen konstanter Durchströmquerschnitt zur Verfügung steht und gegebenenfalls der Venturldüse (2) in an sich bekannter Weise in Fortpflanzungsrichtung des Schalles gesehen, ein Absorptionsschalldämpfer (11, 12, 17,18) nachgeschaltet ist.