Der Gegenstand des Hauptpatentes 536 024 betrifft einen Schalldämpfer für Hochspannungs-Druckgasschalter mit einem Expansionsraum, durch den hindurch das Druckgas ins Freie geführt ist, wobei die Wand des Expansionsraumes zumindest teilweise als gummielastische Membran ausgebildet ist, die mit Poren versehen ist, die sich beim Auftreten eines Staudruckes öffnen.
Bei dem Schalldämpfer nach dem Hauptpatent wird das Druckgas in den Expansionsraum geführt, wodurch sich die gummielastische Membran ausdehnt und somit der Stosswelle des Druckgases die Energie entzieht. Das jetzt im aufgeblase nen Membrankörper befindliche Druckgas kann nun langsam über die vielen kleinen, jetzt geöffneten Poren entweichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schalldämpfer weiter zu verbessern. Insbesondere soll der Schaildämpfer in seiner konstruktiven Ausbildung vereinfacht werden, so dass die Herstellung wesentlich rationeller durch führbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die gummielastische Membran wenigstens zwei mit Löchern versehene Schichten aufweist, wobei die Löcher der einzelnen Schichten jeweils gegenüber denen der anderen Schichten versetzt angeordnet sind, und dass die einzelnen Schichten derart ausgebildet sind, dass bei Auftreten eines Staudruckes im Innern des Schalldämpfers sich die Schichten voneinander abheben und dem Druckgas den Durchtritt nach aussen gestat ten. Eine Ausführungsform des Schalldämpfers gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schichten aus einem gummielastischen Werkstoff mit guten mechanischen Eigenschaften besteht. Vorteilhaft ist es, wenn zumindest die äussere Schicht aus einem gummielasti schen und witterungsbeständigen Werkstoff besteht.
Dabei ist zweckmässigerweise die gummielastische Mem bran topfförmig ausgebildet. In weiterer Ausführung ist die gummielastische Membran im Bodenteil mit Verstärkungsrip pen versehen. Eine Ausführung geht dahin, dass der Topfrand zur Befestigung am Druckschalter als Flansch ausgebildet ist und Einspannöffnungen aufweist. Auch kann der Topfrand verstärkt sein und Einspannöffnungen zur Befestigung am Hochspannungs-Druckgasschalter aufweisen. Vorteilhaft ist , die gummielastische Membran in Bodennähe mit wenigstens einer am Umfang umlaufenden Ausformung versehen, wobei zumindest an einer Flanke Löcher vorgesehen sind. Dabei kann die Ausformung trapez- oder halbkreisförmig ausgebildet sein.
In weiterer Ausbildung sind die Löcher rasterförmig , angeordnet. Darüberhinaus können die Löcher vorteilhaft kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wobei der grosse Durch messer nach aussen weist.
Der Schalldämpfer nach der Erfindung ist widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse, z. B. gegen aggressive Medien, wie sie in der Luft in stark industrialisierten Gebieten vorkommen können. Der Einfluss der Umgebungstemperatur ist minimal. Darüberhinaus ist eine Zerstörung durch heisse Druckgase in Versuchen nicht festgestellt worden. Durch die Gestaltung ist der Schalldämpfer im Ruhe- wie im Betriebszustand ohne eine zusätzliche Begrenzungseinrichtung formbeständig.
Uner wünschtes Eindringen von Regenwasser zwischen die Schich ten in das Innere des Schalldämpfers ist dadurch, dass die Löcher an der Flanke der Ausformung der topfförmig gummi elastischen Membran angeordnet sind, vermieden worden. 6 Eine Gefahr, dass durch Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Schalters die Isolationsfestigkeit verringert wird, besteht aufgrund der rasterförmigen und gegeneinander ver setzten Anordnung der Löcher praktisch nicht. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Schalldämpfers wurde eine 6 Verbesserung der Geräuschdämpfung gegenüber der Ausfüh rung nach dem Hauptpatent erzielt, wie aus Auswertungen von vielen Versuchsreihen hervorgeht. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Hochspannungs-Druck- gasschalter mit axial angeflanschtem Schalldämpfer, welcher eine trapezförmige Ausformung aufweist, Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen Hochspannungs-Druck- gasschalter mit radial angeflanschtem Schalldämpfer, welcher eine halbkreisförmige Ausformung aufweist, Fig. 3 einen Schnitt durch die Schichten der gummielasti schen Membran mit den darin versetzt zueinander angeordne ten kegelstumpfförmigen Löchern,
Fig. 4 einen Teilausschnitt einer gummielastischen Mem bran, mit rasterförmig angeordneten Löchern.
In Fig. 1 ist der Auspuffteil eines Hochspannungs-Druck- gasschalters 13 mit einer axial daran angeflanschten topfförmig ausgebildeten gummielastischen Membran 1 dargestellt. Die Membran 1 umfasst radial in axialer Richtung ein Auslassven- til 18 mit seinen Auslassöffnungen 20. Die Membran 1 besteht aus den beiden übereinander liegenden Schichten 3 und 4.
Der Topfrand 9 der gummielastischen Membran 1 ist durch einen zylindrischen Ring 21 an einer Aufnahmevorrichtung 22 zentriert.
Die Aufnahmevorrichtung 22 ihrerseits ist mit dem Hoch- spannungs-Druckgasschalter 13 rechtwinklig zur Strömungs achse der Druckgase 5 verbunden. Mit einem Flansch 10, welcher am Topfrand 9 der gummielastischen Membran 1 angeformt ist, liegt dieser radial auf der Aufnahmevorrichtung 22 auf. An der Aufnahmevorrichtung 22 befinden sich gleich- mässig verteilte Befestigungsöffnungen 23, über die der Flansch 10 an die Aufnahmevorrichtung 22 mit einer Schrau- ben-Mutterverbindung 24, 25 angeschraubt ist.
Zur Stabilisie rung der Membran 1 sind am Umfang des Flansches 10 zwi schen den Befestigungsöffnungen 23 Verstärkungsrippen 8 vorgesehen, welche in axialer Richtung zum Topfrand hin und radial auf dem Flansch verlaufen. Weiterhin sind Verstär kungsrippen 8 innen und aussen im Bodenteil 7 der aus zwei Schichten 3 und 4 bestehenden gummielastischen Membran 1 vorgesehen. In Bodennähe der Membran 1 befindet sich an deren Umfang eine radiale Ausformung 12, die trapezförmig 16 ausgebildet ist, wobei die eine zum Topfrand 9 hinweisende Flanke 14 mit rasterförmig angeordneten Löcher 2 versehen ist, der Rasterabstand der Löcher 2 (Fig. 4) ist mit c bzw. e bezeichnet.
Als besonders zweckmässig hat sich eine Anord nung der Löcher 2 erwiesen, bei der der Abstand der Löcher von einem zentralen Loch aus strahlenförmig zunimmt, so dass um das zentrale Loch herum die grösste Lochdichte herrscht. Diese Anordnung kann sich über die Flanke 14 hinweg mehr fach - in Teilbereiche aufgeteilt - wiederholen.
Die Löcher 2 sind kegelstumpfförmig ausgebildet (Fig. 3), wobei der grosse Durchmesser 19 nach aussen weist. An der nach innen weisenden Seite ist der Rand des Loches 2 aus strömungstechnischen Gründen mit einer ringförmigen Erhö hung 26 versehen. Dabei sind die kegelstumpfförmigen Löcher 2 der Schicht 3 gegenüber der Schicht 4 um einen Abstand a versetzt angeordnet.
Der zylindrische Teil der übereinander liegenden Schichten 3 und 4 der gummielastischen Membran 1 ist im Bereich zwischen Topfrand 9 und dem Bezugszeichen d, der beginnenden Flanke 14 der trapezförmigen Ausformung 16, in der Wandungsabmessung stärker ausgebildet, um die anstehenden Kräfte in axialer sowie radialer Richtung gleich- mässiger zu verteilen.
Eine weitere Ausbildung des Topfrandes zeigt Fig. 2. Hier weist der Topfrand 9 der Membran 1 eine radiale in axialer Richtung verlaufende Verstärkung der Schichten 3 und 4 auf, in der wiederum radial am Umfang verteilte Einspannöffnun- gen 15 vorgesehen sind, welche dazu dienen, die Gewindebol zen 24 aufzunehmen und die Membran 1 mittels Muttern 25 an dem zylindrischen Ring 21 der Aufnahmevorrichtung 22 zu befestigen.
Auch hier ist die Bemessung der Wandstärke der Schichten 3 und 4 im zylindrischen Teil der gummielastischen Membran 1 zwischen Topfrand 9 und dem Bezugszeichen d entsprechend den anstehenden Kräften stärker ausgebildet, wobei die am Bezugszeichen d der Membran 1 beginnende Flanke 14 der umlaufenden Ausformung 12 nicht wie in Fig. 1 dargestellt, trapezförmig 16 ist, sondern halbkreisförmig 17 ausgebildet ist. An der zum Topfrand 9 hinweisenden Flanke 14 der halbkreisförmigen Ausformung 17 sind die übereinan der liegenden Schichten 3 und 4 mit kegelstumpfförmigen Löchern 2 versehen, wobei diese in einem Raster angeordnet sind, und das Raster der Schicht 4 gegenüber dem Raster der Schicht 3 um den Betrag a versetzt angeordnet.
Der Schalldämpfer, d. h. die aus den Schichten 3 und 4 gebildete topfförmige gummielastische Membran 1, ist aus einem für die Erfordernisse geeigneten Werkstoff hergestellt, um eine Schalldämpfung und Funktionssicherheit zu erzielen. Dabei ist die innere Schicht 3 aus einem hitzebeständigen, gummielastischem Werkstoff, während die Äussere 4, aus witterungsbeständigem, gummielastischem Werkstoff besteht.
Die Arbeitsweise des Schalldämpfers besteht darin, dass dieser sein Volumen in Abhängigkeit des Staudruckes verän dert; steigender Druck entspricht einer Vergrösserung des Volumens der gummielastischen Membran, sinkender Druck entspricht einer Verkleinerung des Volumens der gummielasti schen Membran 1. Beim Öffnen des Gasauslassventils 18 strömt die erste Stosswelle des extrem heissen Druckgases 5 über die Auslassöffnungen 20 des Gasauslassventiles 18 in den Innenraum der gummielastischen Membran 1 ein. Das heisse Druckgas 5 trifft zunächst auf den zylindrischen Ring 21 und wird durch ihn in den Innenraum der gummielastischen Mem bran umgelenkt. Die Membran 1 stellt in diesem Augenblick einen federnden Puffer dar, d. h. sie entzieht zunächst durch Vergrösserung dem Druckgas Energie.
Nun steht es an der äusseren Schicht 4 durch die Löcher 2 der inneren Schicht 3 hindurch an und hebt die Schicht 4 um den Betrag b von der Schicht 3 ab.
Erst jetzt kann das Druckgas 5 langsam entlang des mit den Pfeilen 6 bezeichneten Weges entweichen. Dabei verhalten sich die kegelstumpfförmigen Löcher 2, über die das Druckgas 5 ausströmt, wie viele kleine kontinuierlich öffnende Einzel ventile. Das wesentliche dieser Anordnung ist die Aufteilung des grossen Ventilauslassquerschnittes 20 in viele kleine Aus- lassquerschnitte.
Die vielen in der Membran 1 vorhandenen Löcher 2 wirken somit wie viele Einzelschallquellen. Aufgrund der physika lischen Gesetzmässigkeit, dass sich die Einzelschallquellen logarithmisch überlagern, wird nicht die Gesamtschallbildung der Einzelschallquelle Auslassöffnung 20 erreicht; vielmehr ist sie wesentlich geringer. Zudem weisen die einzelnen Schichten 3 und 4 der gummielastischen Membran 1 ein grosses logarith misches Dämpfunesdekrement auf.
Sie wirken dem Über schallkanal beim Öffnen des Auslassventiles 18 und dem über die Auslassöffnungen 20 austretenden Druckgases 5 als Puffer entgegen. Damit wird erreicht, dass bei allen vorkommenden Schalthandlungen die Schalldämpfungswirkung gleichbleibend wirksam ist.
The subject of the main patent 536 024 relates to a silencer for high-voltage compressed gas switches with an expansion space through which the compressed gas is led into the open, the wall of the expansion space being at least partially designed as a rubber-elastic membrane that is provided with pores that open when it occurs open a back pressure.
In the silencer according to the main patent, the compressed gas is led into the expansion space, whereby the rubber-elastic membrane expands and thus the energy is withdrawn from the shock wave of the compressed gas. The compressed gas now in the inflated membrane body can now slowly escape through the many small, now open pores.
The present invention is based on the object of further improving the silencer. In particular, the design of the shield damper is to be simplified, so that production can be carried out much more efficiently.
This object is achieved according to the invention in that the rubber-elastic membrane has at least two layers provided with holes, the holes of the individual layers being offset from those of the other layers, and that the individual layers are designed such that when a dynamic pressure occurs in the Inside the muffler, the layers stand out from one another and the pressurized gas is allowed to pass outwards. An embodiment of the muffler according to the invention is characterized in that at least one of the layers is made of a rubber-elastic material with good mechanical properties. It is advantageous if at least the outer layer consists of a rubber-elastic rule and weather-resistant material.
The rubber-elastic Mem brane is expediently pot-shaped. In a further version, the rubber-elastic membrane is provided with reinforcing ribs in the bottom part. One embodiment is that the pot rim is designed as a flange for attachment to the pressure switch and has clamping openings. The edge of the pot can also be reinforced and have clamping openings for attachment to the high-voltage compressed gas switch. It is advantageous for the rubber-elastic membrane to be provided near the bottom with at least one circumferential formation, with holes being provided on at least one flank. The shape can be trapezoidal or semicircular.
In a further embodiment, the holes are arranged in a grid shape. In addition, the holes can advantageously be designed in the shape of a truncated cone, with the large diameter pointing outwards.
The muffler according to the invention is resistant to environmental influences, e.g. B. against aggressive media as they can occur in the air in heavily industrialized areas. The influence of the ambient temperature is minimal. Furthermore, destruction by hot pressurized gases has not been found in tests. Due to the design, the muffler is dimensionally stable in the idle and in the operating state without an additional limiting device.
Unwanted penetration of rainwater between the layers into the interior of the muffler has been avoided in that the holes are arranged on the flank of the formation of the cup-shaped, rubber-elastic membrane. 6 There is practically no risk of the insulation strength being reduced by the penetration of moisture into the interior of the switch due to the grid-like and mutually offset arrangement of the holes. The inventive design of the muffler an improvement in the noise attenuation compared to the execution according to the main patent was achieved, as can be seen from evaluations of many series of tests. An exemplary embodiment is shown in the drawing and is described in more detail below.
It shows: FIG. 1 a partial section through a high-voltage compressed gas switch with an axially flanged silencer, which has a trapezoidal shape, FIG. 2 a partial section through a high-voltage compressed gas switch with a radially flanged silencer, which has a semicircular shape, 3 shows a section through the layers of the rubber-elastic membrane with the frustoconical holes arranged therein offset from one another.
Fig. 4 is a partial section of a rubber-elastic Mem brane, with holes arranged in a grid.
1 shows the exhaust part of a high-voltage pressure gas switch 13 with an axially flanged, cup-shaped, rubber-elastic membrane 1. The membrane 1 comprises an outlet valve 18 with its outlet openings 20 radially in the axial direction. The membrane 1 consists of the two layers 3 and 4 lying one above the other.
The pot rim 9 of the rubber-elastic membrane 1 is centered on a receiving device 22 by a cylindrical ring 21.
The receiving device 22, in turn, is connected to the high-voltage compressed gas switch 13 at right angles to the flow axis of the compressed gases 5. With a flange 10, which is formed on the pot rim 9 of the rubber-elastic membrane 1, the latter rests radially on the receiving device 22. There are evenly distributed fastening openings 23 on the receiving device 22, via which the flange 10 is screwed to the receiving device 22 with a screw-nut connection 24, 25.
To stabilize the membrane 1 reinforcement ribs 8 are provided on the periphery of the flange 10 between tween the fastening openings 23, which extend in the axial direction towards the edge of the pot and radially on the flange. Furthermore, reinforcement ribs 8 are provided inside and outside in the bottom part 7 of the rubber-elastic membrane 1 consisting of two layers 3 and 4. Near the bottom of the membrane 1 there is a radial recess 12 on its circumference, which is trapezoidal 16, the flank 14 pointing to the pot rim 9 being provided with grid-shaped holes 2, the grid spacing of the holes 2 (Fig. 4) is with c and e respectively.
An arrangement of the holes 2 has proven to be particularly expedient in which the spacing of the holes increases radially from a central hole, so that the greatest hole density prevails around the central hole. This arrangement can be repeated several times over the flank 14 - divided into partial areas.
The holes 2 are frustoconical (FIG. 3), the large diameter 19 pointing outwards. On the inwardly facing side, the edge of the hole 2 is provided with an annular increase 26 for fluidic reasons. The frustoconical holes 2 of the layer 3 are offset from the layer 4 by a distance a.
The cylindrical part of the superimposed layers 3 and 4 of the rubber-elastic membrane 1 has a larger wall dimension in the area between the pot rim 9 and the reference character d, the beginning flank 14 of the trapezoidal formation 16, in order to equal the forces in the axial and radial directions - to distribute more moderately.
A further embodiment of the pot rim is shown in FIG. 2. Here the pot rim 9 of the membrane 1 has a radial reinforcement of the layers 3 and 4 extending in the axial direction, in which clamping openings 15 are provided which are in turn provided radially on the circumference, which serve to to receive the threaded bolts 24 and to fasten the membrane 1 to the cylindrical ring 21 of the receiving device 22 by means of nuts 25.
Here, too, the dimensioning of the wall thickness of the layers 3 and 4 in the cylindrical part of the rubber-elastic membrane 1 between the pot rim 9 and the reference character d is made stronger in accordance with the forces involved, the flank 14 of the circumferential formation 12 starting at the reference character d of the membrane 1 not as shown in Fig. 1, is trapezoidal 16, but is semicircular 17 is formed. On the flank 14 of the semicircular formation 17 pointing to the pot rim 9, the layers 3 and 4 lying one above the other are provided with frustoconical holes 2, these being arranged in a grid, and the grid of layer 4 relative to the grid of layer 3 by the amount a staggered.
The muffler, d. H. the cup-shaped rubber-elastic membrane 1 formed from layers 3 and 4 is made of a material suitable for the requirements in order to achieve sound absorption and functional reliability. The inner layer 3 is made of a heat-resistant, rubber-elastic material, while the outer layer 4 consists of weather-resistant, rubber-elastic material.
The way the muffler works is that it changes its volume depending on the dynamic pressure; increasing pressure corresponds to an increase in the volume of the rubber-elastic membrane, decreasing pressure corresponds to a decrease in the volume of the rubber-elastic membrane 1. When the gas outlet valve 18 is opened, the first shock wave of the extremely hot compressed gas 5 flows through the outlet openings 20 of the gas outlet valve 18 into the interior of the rubber-elastic Membrane 1. The hot compressed gas 5 first hits the cylindrical ring 21 and is deflected by him into the interior of the rubber-elastic Mem brane. The membrane 1 is at this moment a resilient buffer, i. H. it initially removes energy from the compressed gas by enlarging it.
It is now applied to the outer layer 4 through the holes 2 of the inner layer 3 and lifts the layer 4 from the layer 3 by the amount b.
Only now can the compressed gas 5 slowly escape along the path indicated by the arrows 6. The frustoconical holes 2, through which the compressed gas 5 flows out, behave like many small, continuously opening individual valves. The essential feature of this arrangement is the division of the large valve outlet cross section 20 into many small outlet cross sections.
The many holes 2 present in the membrane 1 thus act like many individual sound sources. Due to the physical law that the individual sound sources overlap logarithmically, the total sound generation of the individual sound source outlet opening 20 is not achieved; rather, it is much lower. In addition, the individual layers 3 and 4 of the rubber-elastic membrane 1 have a large logarithmic damping decrement.
They counteract the sound channel when opening the outlet valve 18 and the compressed gas 5 exiting through the outlet openings 20 as a buffer. This ensures that the soundproofing effect is consistently effective for all switching operations that occur.