-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein schalldämpfendes Element sowie eine Vorrichtung.
-
Schalldämpfende Elemente sind beispielsweise in der Druckschrift
WO 2009/110843 A1 beschrieben. Sie werden unter anderem in Strömungskanälen eingebaut, wo sie von einem Gasstrom umströmt werden. Die schalldämpfenden Elemente, auch als Schalldämpferkulissen (Englisch: ”baffles”) bezeichnet, haben dort die Aufgabe, Schall in dem Gasstrom zu dämpfen.
-
Beispielsweise zeigt die
WO 2009/110843 A1 ein schalldämpfendes Element, welches sich aus einem Anströmprofil, einem quaderförmigen Abschnitt und einem Abströmprofil zusammensetzt. Das An- und das Abströmprofil verbessern das Strömungsverhalten des Gasstroms. Dem quaderförmigen Abschnitt kommt die Aufgabe zu, Schall in dem Gasstrom zu dämpfen. Der quaderförmige Abschnitt weist eine Glasfaserhaut auf, welche schalldurchlässig ist. Somit gelangt der Schall durch die Glasfaserhaut zu einem Absorptionsmaterial, beispielsweise Glasfaserwolle, im Inneren des quaderförmigen Abschnitts.
-
Um nun die Dämpfung von Schall in dem Gasstrom in einem breiten Frequenzbereich zu bewirken, werden die schalldämpfenden Elemente üblicherweise zueinander versetzt. Durch eine derartige Maßnahme verändert sich jedoch das Strömungsverhalten des Gasstroms, was vielfach nachteilig ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein schalldämpfendes Element und eine Vorrichtung zu schaffen, welches bzw. welche eine Dämpfung des Schalls in dem Gasstrom in einem oder mehreren Frequenzbereichen verbessert, ohne damit die Strömungsverhältnisse wesentlich zu verändern und/oder ohne den Materialaufwand für die schalldämpfenden Elemente wesentlich zu erhöhen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein schalldämpfendes Element mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
-
Demgemäß wird ein schalldämpfendes Element mit wenigstens einer, Kammer, welche zumindest abschnittsweise von einem An- und/oder Abströmprofil begrenzt ist und mittels wenigstens einer Öffnung in dem An- und/oder Abströmprofil mit einem das schalldämpfende Element umströmenden Gasstrom schalltransparent verbunden ist, sodass wenigstens ein Resonator zur Dämpfung von Schall in dem Gasstrom in bestimmten Frequenzbereichen gebildet ist, bereitgestellt.
-
Weiterhin wird ein Vorrichtung, insbesondere ein Strömungskanal, Kühlturm, Abgaskanal oder Lüftungskanal, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen, schalldämpfenden Element bereitgestellt, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, von einem Gasstrom durch- oder umströmt zu werden und Schall in diesem zu dämpfen.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, das schalldämpfende Element mit wenigstens einem Resonator auszubilden, dessen Öffnung zum Gasstrom hin in dem An- und/oder Abströmprofil ausgebildet ist. Die Öffnung sowie die dahinterliegende Kammer sind auf den zu dämpfenden Frequenzbereich abgestimmt. Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass sie den Gasstrom nur unwesentlich beeinflusst und keine oder nur wenige zusätzliche Bauteile benötigt, wodurch der Materialaufwand niedrig gehalten wird. Der Druckverlust auf Grund der Öffnung ist zu vernachlässigen.
-
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Die ”Öffnung” kann vorliegend durchgehend offen, d. h. gasdurchlässig, oder auch geschlossen ausgebildet sein, d. h. gasundurchlässig aber dennoch schalldurchlässig. Letzteres kann beispielsweise mit einer entsprechenden Folie erreicht werden.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämpfenden Elements schließt das An- und/oder Abströmprofil an einen zylinderförmigen Abschnitt an und begrenzt mit diesem zusammen die Kammer. Die Kammer in dem An- und/oder Abströmprofil und damit zumindest teilweise außerhalb des zylinderförmigen Abschnitts vorzusehen, ist in akustischer Hinsicht vorteilhaft.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämpfenden Elements weist der zylinderförmige Abschnitt und/oder die Kammer ein Absorptionsmaterial auf. Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, den zylinderförmigen Abschnitt mit einer schalldurchlässigen, äußeren Abdeckung zu bilden, hinter welcher – in Bezug auf den Gasstrom – ein Absorptionsmaterial, beispielsweise Glaswolle, angeordnet ist.
-
Der zylinderförmige Abschnitt kann eine trapezförmige oder rechteckige Grundfläche aufweisen. Beispielsweise ist eine Anordnung des Anströmprofils gefolgt von dem zylindrischen Abschnitt und dem Abströmprofil möglich.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämpfenden Elements ist die wenigstens eine Öffnung kreisförmig oder rechteckig, insbesondere schlitzförmig, ausgebildet. Je nach Anwendungsfall kann eine entsprechende Kreis- oder Schlitzform akustisch vorteilhaft sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämpfenden Elements sind mehrere der Öffnungen in dem An- und/oder Abströmprofil senkrecht zur Strömungsrichtung, insbesondere entlang der Längsrichtung des Profils, vorgesehen. „Längsrichtung” meint die Erstreckungsrichtung des An- und/oder Abströmprofils, in welcher dieses einen im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Auch ist es möglich, mehrere parallele und quer zur Längsrichtung zueinander versetzte Reihen von Öffnungen in dem An- und/oder Abströmprofil vorzusehen.
-
Bevorzugt sind die Öffnungen gleichmäßig voneinander beabstandet. Dies ist in akustischer Hinsicht vorteilhaft.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämpfenden Elements sind in Längsrichtung des An- und/oder Abströmprofils wenigstens zwei der Kammern vorgesehen, welche jeweils mit wenigstens der einen Öffnung ausgebildet sind, wobei die beiden Kammern mittels einer Trennwand voneinander getrennt sind. Dadurch ergibt sich eine Möglichkeit, zwei Resonatoren vorzusehen, welche bevorzugt unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich stark dämpfen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämpfenden Elements ist die wenigstens eine Öffnung der einen Kammer von der wenigstens einen Öffnung der anderen Kammer um mindestens eine viertel Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls beabstandet, wobei bevorzugt die wenigstens eine Öffnung der einen Kammer und die wenigstens eine Öffnung der anderen Kammer unterschiedlich groß ausgebildet sind. Dadurch wird eine negative, akustische Beeinflussung zwischen den beiden Kammern vermieden.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei der schalldämpfenden Elemente nebeneinander vorgesehen, wobei die wenigstens eine Öffnung des einen schalldämpfenden Elements von der wenigstens einen Öffnung des anderen schalldämpfenden Elements um mindestens eine viertel Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls voneinander beabstandet sind, wobei bevorzugt die wenigstens eine Öffnung des einen schalldämpfenden Elements und die wenigstens eine Öffnung des anderen schalldämpfenden Elements unterschiedlich groß ausgebildet sind. Dadurch wird eine negative, akustische Beeinflussung der beiden schalldämpfenden Elemente zueinander vermieden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 in einer Vorderansicht und ausschnittsweise eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Strömungsrichtung in die Papierebene hinein weist;
-
2 einen Schnitt A-A aus 1;
-
3 in einer perspektivischen Ansicht ein schalldämpfendes Element der Vorrichtung aus 1;
-
4A einen Schnitt durch ein schalldämpfendes Element gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
4B eine rückseitige Ansicht B aus 4A; und
-
5 einen Graphen, welcher einen Zusammenhang zwischen Dämpfung und Frequenz veranschaulicht.
-
1 zeigt in einer Vorderansicht und ausschnittsweise eine Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung 1 kann es sich um einen Strömungskanal, Kühlturm, Abgaskanal oder Lüftungskanal handeln.
-
Die Vorrichtung 1 weist eine Vielzahl von schalldämpfenden Elementen, insbesondere Schalldämpferkulissen, auf, wobei drei solcher schalldämpfender Elemente 2, 2', 2'' in 1 beispielhaft gezeigt sind. Die schalldämpfenden Elemente 2, 2', 2'' sind von Kanalbegrenzungen 3 oben und unten begrenzt, welche in 1 abgebrochen dargestellt sind. Die schalldämpfenden Elemente 2, 2', 2'' bilden miteinander und im Zusammenspiel mit den Kanalbegrenzungen 3 eine Vielzahl von Öffnungen 4 aus, durch welche ein Gasstrom 5, siehe 2, strömt.
-
Zum besseren Verständnis ist in 3 eines der schalldämpfenden Elemente 2'' in perspektivischer Ansicht gezeigt.
-
Die schalldämpfenden Elemente 2, 2', 2'' weisen jeweils, wie nachfolgend exemplarisch für die schalldämpfenden Elemente 2', 2'' anhand der 1 bis 3 erläutert, ein Anströmprofil 6', 6'', einen zylinderförmigen Abschnitt 7', 7'', welcher an das Anströmprofil 6', 6'' anschließt, sowie ein Abströmprofil 11', 11'' auf, welches wiederum an den zylinderförmigen Abschnitt 7', 7'' anschließt. Die mittig bezogen auf die An- und Abströmprofile 6', 6'', 11', 11'' angeordneten, zylindrischen Abschnitte 7', 7'' können mit einer rechteckigen Grundfläche ausgebildet sein.
-
Die Anströmprofile 6', 6'' begrenzen jeweils zusammen mit einer vorderen Wand 12', 12'' eines jeweiligen zylinderförmigen Abschnitts 7', 7'' eine Kammer 13', 13''. Jede Kammer 13', 13'' steht über eine oder mehrere Öffnungen 14', 14'' mit dem Gasstrom 5 in schalltransparenter, insbesondere gasleitender Verbindung. Die Kammern 13', 13'' wirken jeweils zusammen mit einer der Öffnungen 14', 14'' beispielsweise als Helmholtz-Resonator zur Dämpfung von Schall in dem Gasstrom 5 in unterschiedlichen Frequenzbereichen, d. h. die Kammer 13' samt Öffnung 14' dämpft Schall eines ersten Frequenzbereichs und die Kammer 13'' samt Öffnung 14'' dämpft Schall eines zweiten Frequenzbereichs.
-
Die Öffnungen 14' können beispielsweise zu beiden Seiten geringfügig von einer Symmetrieachse 15' des Anströmprofils 6' beabstandet angeordnet sein, sodass sich zwei parallele Lochreihen ergeben, siehe 1. Alternativ, wie für die Öffnung 14'' dargestellt, kann diese mittig in Bezug auf die Symmetrieachse 15'' angeordnet sein. Vorzugsweise weisen die Öffnungen 14' zueinander den gleichen Abstand a entlang der Längsrichtung L' des Anströmprofils 6' auf, wie in 1 angegeben. Die Längsrichtungen L, L', L'' bezeichnen vorliegend die Hochrichtung eines jeweiligen schalldämpfenden Elements 2, 2', 2'' quer zur Strömungsrichtung 5.
-
Weiterhin besteht die Möglichkeit, in der Längsrichtung L, L', L'' anstelle einer einzigen Kammer, wie bei dem schalldämpfenden Element 2, die schalldämpfenden Elemente 2', 2'' jeweils mit wenigstens einer zusätzlichen Kammer 16', 16'' vorzusehen. Jede zusätzliche Kammer 16', 16'' ist von einer jeweiligen Kammer 13', 13'' durch eine in 1 gestrichelt (weil nicht sichtbar) dargestellte Trennwand 17', 17'' abgetrennt. Das Anströmprofil 6' kann Öffnungen 21' aufweisen, welche mit der zusätzlichen Kammer 16' schalltransparent verbunden sind, um einen Resonator zur Dämpfung von Schall in dem Gasstrom 5 in einem bestimmten Frequenzbereich auszubilden. Somit weist das schalldämpfende Element 2' zwei Helmholtz-Resonatoren auf. Dadurch, dass die Öffnungen 14' und 21' bevorzugt eine unterschiedliche Größe, insbesondere einen unterschiedlichen Durchmesser, aufweisen, dämpft die Kammer 13' Schall eines anderen Frequenzbereichs als die zusätzliche Kammer 16'. Um eine negative Beeinflussung zwischen der Kammer 13' und der zusätzlichen Kammer 16' zu vermeiden, sind die Öffnungen 14', 21' zumindest um einen Abstand b voneinander beabstandet, welcher vorzugsweise eine viertel Wellenlänge des niedrigstfrequenten zu dämpfenden Schalls beträgt.
-
Auch dann, wenn die Öffnungen 14', 14'' in Querrichtung Q benachbarter schalldämpfender Elemente 2', 2'' unterschiedliche Größen, insbesondere unterschiedliche Durchmesser, aufweisen, sind die Öffnungen 14', 14'' bevorzugt um einen Abstand c voneinander beabstandet, welcher wenigstens eine viertel Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls beträgt.
-
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist die zusätzliche Kammer 21' geschlossen ausgebildet, das heißt, dass das Anströmprofil 6'' im Bereich der Kammer 16'', 21' keine Öffnung aufweist.
-
Die Abströmprofile 11', 11'', siehe 2, können entsprechend den Anströmprofilen 6, 6', 6'' Öffnungen 22'' aufweisen. Somit kann auch beispielsweise das Abströmprofil 11'' eine Kammer 23'' begrenzen, welche mittels der Öffnung 22'' mit dem Gasstrom 5 schalltransparent verbunden ist, so dass ein Resonator zur Dämpfung von Schall in dem Gasstrom 5 in bestimmten Frequenzbereichen gebildet ist.
-
Die unterschiedlichen Konfigurationen der Öffnungen 14, 14', 14'', 22'' sowie der Kammern 13, 13', 13'', 16', 16'' in den 1–3 sind lediglich beispielhaft zu verstehen und dienen der knappen Erläuterung verschiedener Ausführungsformen anhand weniger Figuren. Sie können variiert werden, um bestmöglich Schall in bestimmten Frequenzbereichen zu dämpfen. Insbesondere können die Öffnungen 14, 14', 14'', 22'' kreisförmig oder rechteckig, insbesondere schlitzartig, ausgebildet sein.
-
Die Kammern 13, 13', 13'', 16', 16'', 23', 23'' wie auch die Kammern 24', 24'' der zylinderförmigen Abschnitte 7', 7'' können mit einem Absorptionsmaterial 25', 25'', beispielsweise Glaswolle, gefüllt sein. Die Profile 6, 6', 6'', 11', 11'' und Wände 12', 12'' sind aus einem schallharten Material, beispielsweise Stahlblech, gebildet. Eine äußere Abdeckung 26', 26'' der zylinderförmigen Abschnitte 7', 7'', siehe 2 und 3, kann als Folie, Lochblech, Flies oder Drahtgewebe ausgebildet sein. Dem besseren Verständnis halber zeigt 3 in teilweise ausgebrochener Darstellung die Abdeckung 26'' mit dem dahinter liegenden Absorptionsmaterial 25''.
-
4 zeigt in einem Schnitt ein schalldämpfendes Element 30 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Das schalldämpfende Element 30 weist ein Anströmprofil 31, einen zylinderförmigen Abschnitt 32 sowie ein Abströmprofil 33 auf. Der zylinderförmige Abschnitt 32 weist eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche auf. Weiterhin ist eine Kammer 34 vorgesehen, welche sich abschnittsweise in dem Abströmprofil 33 und abschnittsweise in dem zylinderförmigen Abschnitt 32 bzw. einer Kammer 35 desselben, beispielsweise gefüllt mit einem Absorptionsmaterial 36, erstreckt. Die Kammer 34 ist mit dem Gasstrom 5, siehe 2, schalltransparent, insbesondere gasleitend, verbunden, so dass wenigstens ein Resonator zur Dämpfung von Schall in dem Gasstrom 5 in bestimmten Frequenzbereichen gebildet ist. Der Resonator ist beispielsweise als Viertelwellenlängenresonator ausgebildet. Die Kammer 34 kann als ein in der Längsrichtung L durch das schalldämpfende Element 30 durchgehender Schlitz ausgebildet sein, welcher zu dem Gasstrom 5 hin mittels einer Öffnungen 38 in dem Abströmprofil 33 offen ausgebildet ist.
-
Die im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläuterten Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für das Ausführungsbeispiel nach den 4A und 4B.
-
Anhand 5 ist beispielhaft die zusätzlich dämpfende Wirkung eines Lochs 14'', siehe 3, im Zusammenspiel mit der dahinter liegenden Kammer 13'' illustriert. Dazu ist auf der Abszisse die Frequenz f in Hertz und auf der Ordinate die Dämpfung D in Dezibel aufgetragen. Der Effekt des Lochs 14'' ist, dass ein Schall in dem Gasstrom 5, siehe 2, in einem bestimmten Frequenzbereich, beispielsweise um 200 Hz, gedämpft wird, beispielsweise um ca. 2 bis 4 dB.
-
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
-
Es ist beispielsweise denkbar, zwei oder mehr schalldämpfende Elemente 2, 2', 2'' übereinander in 1, das heißt entlang der jeweiligen Längsrichtungen L, L', L'' aneinander angrenzend anzuordnen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- schalldämpfendes Element
- 2'
- schalldämpfendes Element
- 2''
- schalldämpfendes Element
- 3
- Kanalbegrenzung
- 4
- Öffnung
- 5
- Gasstrom
- 6
- Anströmprofil
- 6'
- Anströmprofil
- 6''
- Anströmprofil
- 7'
- zylinderförmiger Abschnitt
- 7''
- zylinderförmiger Abschnitt
- 11'
- Abströmprofil
- 11''
- Abströmprofil
- 12'
- Wand
- 12''
- Wand
- 13
- Kammer
- 13'
- Kammer
- 13''
- Kammer
- 14
- Öffnung
- 14'
- Öffnung
- 14''
- Öffnung
- 15'
- Symmetrieachse
- 15''
- Symmetrieachse
- 16'
- Kammer
- 16''
- Kammer
- 17'
- Trennwand
- 17''
- Trennwand
- 21'
- Öffnung
- 22''
- Öffnung
- 23'
- Kammer
- 23''
- Kammer
- 24'
- Kammer
- 24''
- Kammer
- 25'
- Absorptionsmaterial
- 25''
- Absorptionsmaterial
- 26'
- Abdeckung
- 26''
- Abdeckung
- 30
- schalldämpfendes Element
- 31
- Anströmprofil
- 32
- zylinderförmiger Abschnitt
- 33
- Abströmprofil
- 34
- Kammer
- 35
- Kammer
- 36
- Absorptionsmaterial
- 38
- Öffnung
- L
- Längsrichtung
- L'
- Längsrichtung
- L''
- Längsrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2009/110843 A1 [0002, 0003]
