DE10034243B4

DE10034243B4 - Schalldämpfer für den Ein- und/oder Ablass in bzw. aus Druckluftsystemen

Info

Publication number: DE10034243B4
Application number: DE2000134243
Authority: DE
Inventors: Ivar Dr. Veit
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: EP1172548A3; EP1172548A2; DE10034243A1

Abstract

Schalldämpfer (1) zur Dämpfung der Ansauggeräusche in ein Druckluftsystem und/oder zur Dämpfung der Ablassgeräusche aus dem Druckluftsystem, bestehend aus einem Dämpfergehäuse (2), welches an einander gegenüberliegenden Bereichen mit einem Außenanschluss (5) und einem Anschluss (4) zum Druckluftsystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Anschlüssen (4, 3) eine Vielzahl von zu den Durchströmrichtungen übereinstimmend schräg angeordneten Prallwänden (6) einen mäanderförmigen Strömungsweg für die durchströmende Luft bildet, wobei in unmittelbarer Nähe des Außenanschlusses (5) ein schallabsorbierendes und luftdurchlässiges Material (3) eingebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer zur Dämpfung der Ansauggeräusche in ein Druckluftsystem und/oder zur Dämpfung der Ablassgeräusche aus dem Druckluftsystem. Der Schalldämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 soll sich insbesondere für Kraftfahrzeuge eignen.

Die während des Ansaugens von Luft durch Kompressoren entstehenden andauernden Geräusche werden als lästig empfunden. Noch unangenehmer sind die bisweilen explosionsartigen oder zischenden Geräusche, die beim Ablassen von Luft aus einem Druckluftsystem entstehen, sei es beim Lösen einer luftdruckbetätigten Bremse, wie dies bei schweren Lkw üblich ist, sei es beim Absenken der Bodenfreiheit eines luftgefederten Fahrzeuges durch teilweisen Ablass von Luft aus einer oder mehreren der Luftfedern.

Dieser Konflikt besteht besonders heftig bei Luftfederungen von Fahrzeugen der obersten Komfortklasse, weil hier Nick- und Wankausgleiche über eine Ansteuerung der Luftfedern gewünscht werden, was öfters das Erfordernis eines Luftablasses nach sich zieht. Gerade in diesem Marktsegment aber sind die Anforderungen an die Laufruhe besonders hoch und es steht wegen der in der Regel großvolumigen Motoren nur wenig Bauraum zur Verfügung.

Es wurde verschiedentlich versucht, durch Schalldämpfer den Geräuschpegel beim Ansaugen und/oder Ablassen zu reduzieren. So schlägt die GB-A-20 43 787 vor, bei einem Kompressor mit getrennten Ansaug- und Ablassöffnungen beide mit je einem Schalldämpfer, der eine Expansionskammer bildet und somit bei einem bestimmten Kammervolumen Schall einer bestimmten Frequenz absorbieren kann, auszustatten. Aus der US-PS 4,264,282 sind Luftkompressoren mit besonders schallgedämmten Gehäusen bekannt.

Die EP 0 729 762 A1 offenbart ein Inhalationsgerät mit einem in den Kompressor integrierten Schalldämpfer, der das Ansauggeräusch dämpfen soll und der Rippen als Strömungshindernisse enthalten kann, die senkrecht zur Verbindungslinie zwischen dem Luftein- und dem Luftauslass verlaufen.

Aus der DE- C2- 34 29 633 ist ein Luftansaugfilter für eine Brennkraftmaschine mit Schalldämpfung vor und hinter dem Filter bekannt. Vor dem Filter wird durch eine Wand ein Schalldämpfer mit sich stetig verengenden Räumen gebildet, hinter dem Filter werden durch zwei Wände sich stetig erweiternde Räume für die durchströmende angesaugte Luft geschaffen. Die Wirkung dieser schalldämpfenden Einrichtung beschränkt sich auf angesaugte Luft.

Die DE- A1-195 37 660 offenbart einen pneumatischen Bremskraftverstärker, bei dem im Ansaugkanal der Weg der angesaugten Luft über Umlenkeinrichtungen verlängert wird, um die Schallabgabe über den Ansaugstutzen zu verringern. Dabei sind diese Umlenkeinrichtungen entweder ringförmige und sich radial erstreckende Vorsprünge oder im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Vorsprünge. Diese Einrichtung wirkt ebenfalls nur auf angesaugte Luft.

Aus der DD- A1- 247 488 ist ein Breitbanddämpfer für pulsierende Strömungen bekannt, der eine einzige schräg gestellte und perforierte Reflexionswand aufweist, an deren Rückseite ein poröser, durchlässiger Körper, beispielsweise ein Sinterteil, angeordnet ist.

Die mit bekannten Schalldämpfern bislang erreichten Pegelsenkungen reichen zumindest für die Käufer von luftgefederten Luxus-PKW nicht aus. Schalldämpfer mit ausreichender Pegelsenkung sind bislang jedoch zu groß und zu schwer. Aufgabe der Erfindung ist es, einen leichten und kompakten Schalldämpfer zu schaffen mit stark schallpegelsenkender Wirkung.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass zwischen den beiden Anschlüssen eine Vielzahl von zu den Durchströmrichtungen übereinstimmend schräg angeordneten Prallwänden einen mäanderförmigen Strömungsweg für die durchströmende Luft bildet, wobei in unmittelbarer Nähe des Außenanschlusses ein schallabsorbierendes luftdurchlässiges Material eingebracht ist. Dabei sind mit „Durchströmrichtungen" diejenigen entgegengesetzten Richtungen gemeint, an die sich das Fortkommen eines Gasteilchens asymptotisch annähert bei einer gegen Unendlich gehenden Anzahl von sich gleichartig wiederholenden Mäandern. Analog übertragen auf den Fluss Mosel wäre also die grundsätzliche Durchströmrichtung nach Nordosten gerichtet, auch wenn die Fließrichtung in einzelnen Schleifen entgegengesetzt ist.

Beim Luftablassen aus einem Druckluftsystem, worum es hier insbesondere geht, treten kurze aber sehr kräftige Luftdruckstöße bis zu 20 bar auf. Solche Luftdruckstöße bewirken – anders als beim Ansauggeräusch – ein breitbandiges, lückenloses Spektrum von Erregerfrequenzen. Gegen diese Geräuschart wirken insbesondere die schräg stehenden Prallwände. Dabei spielen mehrere Effekte gleichzeitig eine Rolle:

1. Durch das Aufprallen der auszulassenden Druckluft auf die schrägen Prallwände, insbesondere auf jene im Bereich der Eintrittsöffnung des Schalldämpfers, erfolgt eine den Druckabfall beschleunigende Verwirbelung.
2. Die Schrägstellung der Trennwände erhöht die Anzahl der mit einem breitbandigen Schall-Energie-Verlust verbundenen Reflektionen.
3. Die scharfen Strömungsumlenkungen am freien Ende einer jeden Prallwand erhöhen den Strömungswiderstand und verlangsamen so den Luftstrom.
4. Die große Länge des Strömungsweges innerhalb des Schalldämpfers glättet die Gasaustrittsgeschwindigkeit am Ausgang und dämpft damit insbesondere die sonst schwer zu dämmenden niedrigen Frequenzen.

Diese vier Effekte zusammen bewirken selbst in dem besonders schwierigen Fall des Druckluftablasses eine beachtliche Absenkung des Schallpegels.

Wo ein Absaugen und Ablassen nur in einem zeitlichen Nacheinander (und nicht gleichzeitig) erforderlich ist – und das ist im Falle der Luftfederansteuerung der Fall – können erfindungsgemäß ausgeführte Schalldämpfer sowohl zur Reduktion der Ansauggeräusche des Kompressors als auch der Ablassgeräusche des Druckluftsystemes eingesetzt werden, sodass nur ein einziger Schalldämpfer erforderlich ist.

Bei Verwendung als Ansaugdämpfer wirkt der Schalldämpfer mit seinem gesamten Innenraumvolumen und mit den Luftvolmina in den Anschlüssen als schwingendes System aus Masse und Faser, wobei eine zusätzliche Dämpfung durch das schallabsorbierende Material erfolgt.

Die schräge Stellung der Prallwände ist wichtig, weil sie die Anzahl der mit einem breitbandigen Schallenergie-Verlust verbundenen Reflektionen im Vergleich zu einer Stellung senkrecht zur grundsätzlichen Durchströmrichtung erhöht.

Wie erwähnt kann ein erfindungsgemäß ausgeführter Schalldämpfer als Hohlraum-Absorber wirken. Als solcher absorbiert er diskrete Frequenzen, wie sie insbesondere beim Ansaugen in Abhängigkeit von der Kompressordrehzahl und der Kolbenanzahl des Kompressors auftreten. Die Resonanzfrequenz des Hohlraum-Absorbers ist auf die vorherrschenden Erregungsfrequenzen des Kompressors in der dem Fachmann bekannten Art abzustimmen, wobei es insbesondere um eine Bemessung des Luftvolumens, der Länge und des Querschnittes entsprechender Zuleitungen ankommt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das in der Nähe seiner Niederdrucköffnung – also der zur Atmosphäre hin offenen Ansaug- oder Ablassöffnung beim Ansaugen bzw. Ablassen – eingebrachte schallabsorbierende Material ein luftdurchlässiger, also offenporiger Schaumstoff.

Die Mikrokavernen und Mikromäander und hysteresereichen Wandungen des besagten Schaumstoffes ergänzen ideal die schalldämpfende Wirkung der Makromäander, die im Schalldämpfer durch die schrägen Prallwände erzeugt sind. Sie schlucken insbesondere hohe Frequenzen. Ein solcher offenporiger Schaumstoff, der sich bis zur nächstliegenden Prallwand erstrecken kann, bewirkt überdies einen zusätzlichen Strömungswiderstand, was noch ein wenig die Dämpfung niederfrequenter Geräuschanteile verbessert.

Die Prallwände stehen im Schalldämpfer vorzugsweise unter einem Winkel in der Größenordnung von 45° bis 70° zur grundsätzlichen Durchströmrichtung.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, näher beschrieben.
Diese Figur zeigt maßstabsgerecht einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten Schalldämpfer 1. Dieser weist ein Dämpfergehäuse 2 in der Gestalt eines lang gestreckten Quaders auf. An seinen beiden Endbereichen ist das Dämpfergehäuse 2 mit je einem Anschluss 4, 5 für die den Schalldämpfer 1 durchströmende, vom (nicht dargestellten) Kompressor angesaugte oder aus dem Drucksystem abgelassene Luft versehen.
Die Anschlüsse 4, 5 sind rohrförmige Ansatzteile, wobei bei der dargestellten Ausführung der für die Verbindung des Schalldämpfers 1 zum Druckluftsystem oder zum Kompressor vorgesehene Anschluss 4 mittig an einer der Stirnflächen des Dämpfergehäuses 2 vorgesehen ist. Der zweite Anschluss 5, der Außenanschluss, ist seitlich am Ende des Dämpfergehäuses 2 angeordnet. Alternativ dazu kann der Anschluss 4 gemäß der gestrichelt eingezeichneten Ausführung auch an der zweiten Stirnfläche des Dämpfergehäuses 2 angeordnet sein. Die Prallwände 6, die im Inneren des Dämpfergehäuses 2 schräg und parallel zueinander angeordnet sind, ragen abwechselnd von den beiden gegenüberliegenden Wänden weit in das Innere des Dämpfergehäuses 2.
Der zwischen den Prallwänden 6 und der Längsachse des Dämpfergehäuses 2 gewählte Winkel α beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 65°.
Der im Bereich des Atmosphärenanschlusses 5 zwischen der von der Hochdruckseite aus gesehen letzten Prallwand 6 und den sonstigen Wandteilen des Dämpfergehäuses 2 gebildete Raum ist bei diesem Ausführungsbeispiel – wie bevorzugt – mit offenporigem Schaumstoff ausgefüllt.
Erfindungsgemäß ausgeführte Schalldämpfer 1 können, wie bereits erwähnt, sowohl das Ansaug- als auch das Ablassgeräusch erheblich reduzieren, sodass für beide Zwecke nur ein Schalldämpfer 1 erforderlich ist. Bei Verwendung als Ansaugdämpfer wirkt der Schalldämpfer 1 mit seinem gesamten Innenraumvolumen und mit den Luftvolumina in den Anschlüssen 4 und 5 als schwingendes System aus Masse und Feder, wobei eine zusätzliche Dämpfung durch das schallabsorbierende Material 3 erfolgt. Der Schalldämpfer 1 trägt daher als stark dämpfender Hohlraumabsorber zur Reduzierung des Ansaug-Geräusches bei.
Vor dem Austritt aus dem Schalldämpfer 1 wirkt zusätzlich das schallabsorbierende Material 3, sodass die nach außen gelangende Schallenergie schlussendlich beachtlich verringert ist.
Erfindungsgemäß ausgeführte Schalldämpfer 1 können sehr kompakt und leichtgewichtig sein und sind somit für den Einbau in Kraftfahrzeugen besonders geeignet. Der hier abgebildete Schalldämpfer 1, der für die Einlass- und Auslassgeräuschdämpfung eines luftgefederten Luxus-PKW gedacht ist, soll eine Länge zwischen 100 und 120 mm aufweisen.

Claims

Schalldämpfer (1) zur Dämpfung der Ansauggeräusche in ein Druckluftsystem und/oder zur Dämpfung der Ablassgeräusche aus dem Druckluftsystem, bestehend aus einem Dämpfergehäuse (2), welches an einander gegenüberliegenden Bereichen mit einem Außenanschluss (5) und einem Anschluss (4) zum Druckluftsystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Anschlüssen (4, 3) eine Vielzahl von zu den Durchströmrichtungen übereinstimmend schräg angeordneten Prallwänden (6) einen mäanderförmigen Strömungsweg für die durchströmende Luft bildet, wobei in unmittelbarer Nähe des Außenanschlusses (5) ein schallabsorbierendes und luftdurchlässiges Material (3) eingebracht ist.
Schalldämpfer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schallabsorbierende Material offenporiger Schaumstoff (3) ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwände (6) in einem Winkel (α) in der Größenordnung zwischen 45° und 70° zur grundsätzlichen Durchströmrichtung stehen.