-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, dessen Gehäuse textil kassettiert und mit losem Granulat gefüllt ist.
-
Stand der Technik
-
Eine für die Praxis wesentliche Gruppe von Schalldämpfern wird in Abgas- und Abluftsystemen und anderen Einsatzbereichen mit hohen chemischen oder Schmutzbelastungen verwendet. In diesen Systemen und damit auch in den Schalldämpfern treten bei mitunter hohen Temperaturen Partikel, chemische Substanzen und Feuchtigkeit, meist von Kondensat verursacht, auf, die alle verwendeten Materialien und Bestandteile der Schalldämpfer dauerhaft stark beanspruchen. Der Materialwahl und dem Schutz der Bestandteile kommt daher eine große Bedeutung zu. Einerseits muss das Versagen des Schalldämpfers verhindert werden. Andererseits sollte am Ende der Nutzung des Schalldämpfers eine möglichst geringe Menge von kontaminiertem Material verbleiben. Bislang verwendete Schalldämpfer, die diesen Anforderungen genügen, sind so genannte Resonanzschalldämpfer wie Helmholtz-Resonatoren, Lambda-Viertel-Resonatoren, bestehend aus Hohlräumen, Membranen oder Platten, häufig Membran-Absorber oder Plattenschwinger, die sich bei Ausführung mit Kunststoffen oder Metallen robust und langlebig verhalten. Mitunter erfüllen sie sogar den Anspruch der Reinigbarkeit, so dass ihre Funktion dauerhaft verbessert wird. Ihr akustischer Wirkungsbereich ist auf tieffrequente Schalldämpfung ausgerichtet, die in vielen Fällen das zentrale Problem darstellt. Bei mittleren und hohen Frequenzen sind diese Dämpferprinzipien jedoch weniger effizient, d.h. der Aufwand ist hoch und die Wirkung vergleichsweise gering. In diesem Frequenzbereich sind passive bzw. poröse Schalldämpfer deutlich besser und meist auch billiger. Sie bestehen aus künstlichen Mineralfasern, offenzelligen Schäumen, Vliesen sowie aus Wolle unterschiedlicher Materialität. Viele dieser Materialien können den chemischen und hygrischen Belastungen nicht dauerhaft widerstehen. Bindemittel und mitunter auch die Materialen lösen sich auf, ihre Brandschutzeigenschaften genügen nicht den Anforderungen und die Reinigbarkeit, Wiederaufbereitung und -verwendung sind ausgeschlossen. Eine verbleibende Materialgruppe für poröse Schallabsorber und Schalldämpfer bilden Granulate bzw. haufwerksporige Stoffe in gebundener Form oder als lose Schüttungen. Einige der dafür in Frage kommenden Stoffe, z.B. mineralische Granulate oder Kunststoffe, sind chemisch und hygrisch sehr widerstandsfähig und hitzebeständig. Auch bestimmte Arten von Bindungen der Granulate, wie z.B. Bindung mittels Sintern oder Zementbindung, erfüllen diese Ansprüche. So ist z.B. ein gesintertes Glasgranulat aus der
DE 19712835 bekannt, das diese Art der Bindung aufweist. Allerdings sind zwei Probleme zu beachten, die bei Erschütterungen und Schwingungen auftreten und den Einsatz in Schalldämpfern erschweren. Die stabilen Bindungen sind meist mechanisch starr, so dass Beschädigungen wie Brüche und Abplatzungen auftreten. Lose Granulate, die sich sogar reinigen und damit wiederaufbereiten ließen, verdichten und setzen sich bei Rüttelbewegungen, so dass leere Hohlräume entstehen. Beide Phänomene und die mitunter hohen Kosten stehen dem praktischen Einsatz bislang entgegen.
-
Die Aufgabe, akustisch, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Schalldämpfer für die genannten Anwendungsfälle zu erreichen, lässt sich daher wie folgt aufgliedern. Erstens geht es um akustische Effizienz, d.h. hohe Wirksamkeit insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen mit möglichst geringen Abmessungen. Zweitens müssen Material und Verarbeitung preiswert möglich sein. Drittens sollte das Material in einem weiten Bereich chemisch stabil und hitzebeständig sein. Viertens wären wiederverwertbare Ausgangsstoffe sowie deren Reinigbarkeit und erneute Wiederverwertbarkeit sehr vorteilhaft. Fünftens muss der Schalldämpfer auch bei bzw. nach Stoß- und Schwingungsbelastungen seine Wirksamkeit uneingeschränkt beibehalten.
-
Beschreibung
-
Diese Aufgabe wird durch den Schalldämpfer nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß wird ein Schalldämpfer für einen Kanal bereitgestellt. Dieser Schalldämpfer zeichnet sich dadurch aus, dass eine kassettierte Volumenstruktur vorhanden ist, in der durch textile Flächengebilde unterteilte Fächer gebildet sind, die mit einer losen Granulat-Füllung gefüllt werden können oder gefüllt sind.
-
Zunächst ist klarzustellen, dass eine Vielzahl von Schalldämpferanordnungen denkbar ist. Wesentlich ist, dass der Schalldämpfer so angeordnet ist, dass der Bereich des Kanals durch den der Schall oder das schallführende Medium strömt, akustisch an den Schalldämpfer angekoppelt ist. Insbesondere ist denkbar den Schalldämpfer seitlich am Kanal, den Kanal umgebend, in den Kanal ragend oder innerhalb des Kanals anzuordnen.
-
Die vorgesehene kassettierte Volumenstruktur ermöglicht die Nutzung von losem Granulat zur Schalldämpfung, wobei die mit losem Granulat ansonsten verbundenen Nachteile vermieden werden. In den einzelnen von den textilen Flächengebilden umgebenen Bereichen ist jeweils nur eine geringe Menge Granulat, welche durch die textilen Flächengebilde vom benachbart liegenden Granulat getrennt ist. Damit wird die beschriebene Bildung von Hohlräumen durch Verdichtungen und Setzungen vor allem bei Rüttelbewegungen vermieden. Die textilen Flächengebilde lassen aber den Schall weitgehend ungehindert durch. Für den Schall steht somit eine große Menge an losem Granulat zur Dämpfung zur Verfügung.
-
Zur breitbandigen Schalldämpfung hat sich Granulat bewährt, bei welchem der Korndurchmesser etwa 1 mm beträgt. Es sind aber auch abweichende Durchmesser denkbar. Auch ist es möglich in verschiedenen Fächern Granulat mit unterschiedlichen Korngrößen unterzubringen.
-
In einer Ausführungsform weist die kassettierte Volumenstruktur auf ihrer kanalseitigen Oberfläche eine hygrisch und/oder, thermisch und/oder chemisch und/oder mechanisch widerstandsfähige Schicht auf. Dies hat den Vorteil, dass eine Beschädigung durch das strömende Medium unwahrscheinlicher wird. Dabei ist zu beachten, dass eine Schalldämpfung insbesondere auch bei heißen und/oder chemisch aggressiven Abgasen erforderlich sein kann. Daher ist es sinnvoll wenn die textilen Flächengebilde entsprechend widerstandsfähig ausgebildet sind.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die kanalseitige Oberfläche und die Flächengebilde akustisch anpassbare Strömungswiderstände auf, wobei die Strömungswiderstände unterschiedlich ausgeprägt sein können. Damit ist eine Optimierung der Dämpfungswirkung möglich.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung sind zur Bildung der Fächer und/oder zur zusätzlichen Unterteilung doppellagige textile Flächengebilde in den Fächern eingebaut, die eine Bewegung des Granulats bei Schwingungen und Stößen behindern und/oder Setzungen entgegenwirken. Bei den doppellagigen textilen Flächengebilden kann es sich um Abstandsgewirke handeln, welche durch Polfäden verbunden sind. Dabei halten die Polfäden die Lagen der Abstandsgewirke auseinander. Die Polfäden können dabei so beabstandet sein, dass sie das Granulat halten und so zusätzlich eine Bewegung des Granulats verhindern. Das Granulat kann sich also nicht nur im Raum zwischen den doppellagigen textilen Flächengebilden befinden, sondern auch innerhalb der Lagen des Abstandsgewirkes. Damit wird in verstärkter Weise akustisch unerwünschten Hohlräumen durch Setzungen entgegengewirkt.
-
Zusammengefasst erlauben die doppellagigen textilen Flächengebilde dreierlei: Sie können als Flächengebilde zur Ausbildung der kassettierten Volumenstruktur dienen. Sie können zusätzlich die Fächer unterteilen. Die Räume im Abstand zwischen den Lagen der doppellagigen textilen Flächengebilde dienen gleichsam als Fächer.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Fächer einzeln hergestellt und bilden durch Kombination die kassettierte Volumenstruktur. Alternativ ist die kassettierte Volumenstruktur als zusammenhängendes Bauteil mit den Fächern hergestellt. Beide Varianten führen zu akustisch wirksamen Anordnungen.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist an der kanalseitigen Oberfläche zusätzlich ein Lochblech oder ein Streckmetall zur Erhöhung der mechanischen Stabilität vorhanden. Damit kann die mechanische Stabilität erhöht werden ohne die akustische Wirksamkeit zu senken.
-
Anhand von 1, welche schematisch ein an einen Kanal 1 angeschlossenes zylindrisches Schalldämpfergehäuse 2 mit einer kassettierten Volumenstruktur 3 aus in axialer und radialer Richtung durch textile Flächengebilde 4 unterteilten Fächern 5 mit Granulat-Füllung 6 und einer kanalseitigen Oberfläche 7 als mechanischer Schutz darstellt, soll die Erfindung nachfolgend im Detail näher dargestellt werden.
-
Kernstück des in einem Kanal 1 verwendeten erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist eine in der Form des jeweiligen Schalldämpfergehäuses 2 gestaltete kassettierte Volumenstruktur 3, z.B. quaderförmig für Schalldämpfer-Kulissen oder zylindrisch für Rohrschalldämpfer. Die kassettierte Volumenstruktur 3 umfasst in Längs- und Querrichtung oder in axialer und radialer Richtung durch textile Flächengebilde 4 räumlich unterteilte Fächer 5, die eine pralle Füllung 6 insbesondere aus losem Granulat aufnehmen können. Damit löst die kassettierte Volumenstruktur 3 das grundsätzliche Problem von mit Granulat gefüllten Schalldämpfern, indem sie die sonst erforderliche adhäsive oder kohäsive Bindung des Granulates ersetzt. Gerade die besonders geeigneten reinigbaren Granulat-Materialien sind zwar gegen ein Anhaften von Schmutzpartikeln unempfindlich, sie erschweren aber auch das Anhaften eines Bindemittels, so dass als Alternative für die Bindung nur noch energieintensive thermische Verfahren bleiben.
-
Die textilen Flächengebilde 4 der kassettierten Volumenstruktur 3 sind im Wesentlichen durch zwei Merkmale gekennzeichnet. Erstens ist die Maschenweite kleiner als die Abmessungen der kleinsten Elemente der Granulat-Füllung 6, so dass die Granulat-Elemente sich nicht durch die textilen Flächengebilde 4 bewegen können. Dies verhindert das bei Stößen und Schwingungen mögliche Sammeln der Granulat-Elemente in einem Bereich des Schalldämpfergehäuses 2. Zweitens weisen die textilen Flächengebilde 4 in den entsprechenden Raumrichtungen einstellbare Strömungswiderstände auf, die akustisch zum Strömungswiderstand der granularen Dämpfer-Füllung 6 passen. Daraus ergibt sich ein akustischer Spielraum zur Einstellung und Optimierung des Schalldämpfungsspektrums nach Art einer Schichtung des Dämpfungsmaterials. Dabei gilt, dass der Schall streifend bzw. radial eintreten und sich in akustisch optimierter Weise lateral in der kassettierten Volumenstruktur 3 mit der Granulat-Füllung 6 ausbreiten soll. Zur Optimierung der Schallabsorption innerhalb der Volumenstruktur 3 können dabei in axialer und lateraler Schallausbreitungsrichtung unterschiedliche Strömungswiderstände eingesetzt werden. Eine beispielhafte Ausführung ist mit so genannten Abstandsgewirken möglich. Auf der äußeren bzw. kanalseitigen Oberfläche 7 kann die kassettierte Volumenstruktur 3 eine mechanisch besonders robuste Schicht aufweisen. Die Abmessungen der so gebildeten räumlich unterteilten Fächer 5 der kassettierten Volumenstruktur 3 orientieren sich ebenfalls an zwei Kriterien. Einerseits sollten sie so groß wie möglich sein, um den Herstellungs- und Befüllungsvorgang zu vereinfachen. Anderseits müssen sie so klein wie nötig sein, dass sich die bei Stößen und Schwingungen möglichen Dichteschwankungen in den einzelnen Fächern 5 auf die gesamte Schalldämpfung nicht oder kaum auswirken. Als besonders geeignet hat sich erwiesen, wenn sich durch Setzung der Granulat-Füllung in den einzelnen Kammern Hohlräume oder Abstände zwischen den Kammern ergeben, die nicht größer als zwei Durchmesser der mittleren Korngröße des Granulates oder 5% des Fächervolumens betragen. Dabei wirken die Nachgiebigkeit der textilen Volumenstruktur 3 und eine pralle Ausgangsfüllung dem Setzungseffekt entgegen. Nach Art von Abstandsgewirken, also doppellagigen textilen Flächengebilden mit einem Abstand dazwischen, können die in der Volumenstruktur 3 gebildeten Fächer 5 von Polfäden durchsetzt sein und damit zur weiteren Kassettierung der Granulat-Füllung beitragen. Zur Erläuterung ist auszuführen, dass die Polfäden, die die Lagen der Abstandsgewirke auseinander halten, also die dritte Dimension bilden, so eng gesetzt sein können, dass sie das Granulat dauerhaft halten. Durch diese Maßnahme wird die Stoß- und Erschütterungsanfälligkeit reduziert und Setzungen können behindert werden.
-
Die Granulat-Füllung 6 sollte hygrisch, thermisch und chemisch beständig sein und auf Stoß- und Schwingungsbelastung nicht mit Sprödbruch reagieren. Bekanntermaßen geeignete Abmessungen der Granulat-Elemente liegen im Bereich zwischen 0,5 und 2 Millimetern mit einer vergleichsweise schmalen Korngrößenverteilung. Es sind mineralische oder metallische Stoffe aber auch Kunststoffelemente möglich. Diese können in einem Ur- oder Umformungsprozess entstehen, wobei mechanisch zerkleinerte Ausgangsmaterialien, z.B. Abfälle anderer Prozesse und Produkte, ökologisch besonders interessant sind. Eine unter dem Aspekt der Reinigbarkeit geeignete Gruppe von Kunststoffen sind z.B. Polymere aus Fluor und Kohlenstoff wie Polytetrafluorethylen (PTFE). Sie verhindern auf Grund ihrer Reaktionsträgheit und ihres geringen Reibungskoeffizienten das Verkleben miteinander sowie mit Schmutzpartikeln und dergleichen.
-
Zur Befüllung des Granulats sollte die kassettierte Volumenstruktur 3 elastische Maschen aufweisen, so dass z.B. eine Düse zur Befüllung diese Maschen durchdringen kann und sie sich anschließend wieder schließen. Die Befüllung der Volumenstruktur 3 kann vor ihrem Einbau in das Schalldämpfergehäuse 2 und damit unabhängig vom Schalldämpfergehäuse 2 erfolgen.
-
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
-
