DE102015214709A1

DE102015214709A1 - Strömungskanal und Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage

Info

Publication number: DE102015214709A1
Application number: DE102015214709.6A
Authority: DE
Inventors: Norman Schaake; Lars KIEKE
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US20170030610A1; CN106403129A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal (1), insbesondere für eine Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage, wobei der Strömungskanal (1) eine Strömungskanalinnenwand (2) mit zumindest einer Ausnehmung (3) und zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung (4) aufweist, wobei die zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung (4) die zumindest eine Ausnehmung (3) abdeckt, um einen durch den Strömungskanal (1) strömenden Fluidstrom über die zumindest eine Ausnehmung (3) hinwegzuleiten, und mit zumindest einer akustischen Dämpfungskammer (5), welche die zumindest eine Ausnehmung (3) auf einer dem Strömungskanal (1) abgewandten Seite der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung (4) umschließt, wobei die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) zumindest eine Trennwand (6) aufweist, welche die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) in zumindest zwei Kompartimente (8, 9) unterteilt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Gebäude, in welcher ein solcher Strömungskanal angeordnet ist.
Stand der Technik
Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge oder gegebenenfalls auch für Gebäude sowie Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, weisen Strömungskanäle auf, welche Fluide leiten und dabei auch Schallwellen und damit häufig störende Geräusche übertragen. Dies können beispielsweise Geräusche sein, die im Betrieb einer Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage oder einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs entstehen und über die Strömungskanäle in einen Fahrzeuginnenraum oder an die Fahrzeugumgebung abgegeben werden. Es kann sich auch um Geräusche handeln, die sich über Strömungskanäle einer Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage in einem Gebäude über benachbarte Räume hinweg ausbreiten. Um die Geräuschweiterleitung in Strömungskanälen zu verringern, gibt es verschiedene Ansätze.
Die US 2010/0284789 A1 offenbart eine akustische Dämpfungsanordnung zur Reduzierung von strömungsbedingten Geräuschen in Vorrichtungen mit Gasturbinen. Die Dämpfungsanordnung weist eine akustische Dämmschicht auf, welche in einem Sandwichaufbau einen labyrinth- oder wabenartig strukturierten Kern und zwei den Kern umgebende perforierte Außenschichten aufweist. Die akustische Dämmungsschicht deckt in der Dämpfungsanordnung eine Resonanzkammer ab, in deren Inneren labyrinth- oder wabenartig aufgebaute akustische Dämmungsstrukturen angeordnet sind.
Die DE 41 15 171 A1 offenbart eine Ventilator-Filtereinheit für Reinraumdecken mit einem Ventilator mit einem Lüfterrad in Diagonalbauweise, von dessen Umfang ein zweiseitig durch Kegelmantelflächen begrenzter Ringraum nach außen geht, der mit einem darunter liegenden Druckraum verbunden ist. Der Druckraum ist dabei an einer Seite durch Schwebstofffiltermittel begrenzt.
Die WO 2010/086719 A1 offenbart einen akustischen Breitbandresonator mit einem Fluidkanal mit einer Kanalinnenwand und einer Kanalaußenwand sowie einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kammer. Die Kammern sind jeweils über einen Strömungsbereich mit dem Fluidkanal fluidverbunden. Die erste und die zweite Kammer weisen das gleiche Volumen auf. Die dritte Kammer weist dagegen ein kleineres Volumen als die erste und die zweite Kammer auf. Der Strömungsbereich, welcher die erste Kammer mit dem Fluidkanal verbindet, ist dabei größer als der Strömungsabschnitt, welcher die zweite Kammer mit dem Fluidkanal verbindet.
Die in dem oben genannten Stand der Technik offenbarten Vorrichtungen sollten hinsichtlich ihrer geräuschdämmenden Eigenschaften weiter verbessert werden.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Strömungskanal bereitzustellen, der verbesserte schalldämpfende Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Gebäude, bereitzustellen, in welcher ein solcher Strömungskanal angeordnet ist.
Die Aufgabe zum Strömungskanal wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Strömungskanal, insbesondere für eine Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage, wobei der Strömungskanal eine Strömungskanalinnenwand mit zumindest einer Ausnehmung und zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung aufweist, wobei die zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung die zumindest eine Ausnehmung abdeckt, um einen durch den Strömungskanal strömenden Fluidstrom über die zumindest eine Ausnehmung hinwegzuleiten, und mit zumindest einer akustischen Dämpfungskammer, welche die zumindest eine Ausnehmung auf einer dem Strömungskanal abgewandten Seite der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung umschließt. Die zumindest eine akustische Dämpfungskammer weist dabei zumindest eine Trennwand auf, welche die zumindest eine akustische Dämpfungskammer in zumindest zwei Kompartimente unterteilt. Dieser Aufbau ermöglicht eine deutliche Schallreduktion, ohne dass dazu beispielsweise Kosten für schallabsorbierende Schaumteile oder Luftleitelemente anfallen oder es zu einer Querschnittsveränderung im Strömungskanal und einem dadurch bedingten Druckverlust kommt. Darüber hinaus bietet die Erfindung die Möglichkeit, über die Form und die Größe der akustischen Dämpfungskammer besonders störende Schallfrequenzbereiche gezielt zu dämpfen.
Bei einer Ausführungsform des Strömungskanals weist die zumindest eine Trennwand eine Anzahl von Öffnungen auf.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Strömungskanals sind die Öffnungen als Löcher und/oder Schlitze ausgebildet. Hierdurch wird die Ausbreitung von Schallwellen besonders zuverlässig unterdrückt.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Strömungskanals unterteilt die zumindest eine Trennwand die zumindest eine akustische Dämpfungskammer in ein dem Strömungskanal zugewandtes sowie zu der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung benachbart angeordnetes erstes Kompartiment und in ein vom Strömungskanal abgewandtes zweites Kompartiment. Hierdurch wird die Ausbreitung von Schallwellen besonders zuverlässig unterdrückt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Strömungskanals ist die zumindest eine Trennwand im Wesentlichen parallel zu der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung angeordnet und verbindet zwei im Wesentlichen vertikal zu der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung angeordnete Seitenwände der zumindest einen akustischen Dämpfungskammer. Dies vereinfacht die Fertigung.
Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel des Strömungskanals ist die zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung ein Vlies. Dadurch erhält die Abdeckung sehr gute schallabsorbierende Eigenschaften und ist dennoch kostengünstig.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Strömungskanals ist die zumindest eine akustische Dämpfungskammer einteilig mit dem Strömungskanal ausgebildet. Dies kann beispielsweise preiswert und ohne größeren konstruktiven Aufwand in einem Spritzguss- oder Umformverfahren umgesetzt werden.
Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel des Strömungskanals weist die zumindest eine akustische Dämpfungskammer zumindest einen Innenwandbereich auf, an welchem zur Schalldämpfung geeignete Oberflächenstrukturen ausgebildet sind. Die Oberflächenstrukturen absorbieren die in die akustische Dämpfungskammer einfallenden Schallwellen. Der Schallaustritt aus dem Strömungskanal, beispielsweise in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, wird dadurch verringert.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Strömungskanals weist zwei oder mehr als zwei in einer Fluidströmungsrichtung hintereinander und/oder im Wesentlichen gegenüberliegend und/oder an der Strömungskanalinnenwand versetzt zueinander angeordnete akustische Dämpfungskammern mit jeweils zumindest einer Trennwand und jeweils zumindest einer schalldurchlässigen Abdeckung auf.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Strömungskanals weist die zumindest eine akustische Dämpfungskammer zwei oder mehr als zwei Trennwände auf. Auf diese Weise lässt sich die Ausbreitung unerwünschter Schallwellen kostengünstig und konstruktiv einfach umsetzbar weiter reduzieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Strömungskanals ist durch eine Variation der Dimensionierung der zumindest einen akustischen Dämpfungskammer und/oder die Variation der Oberflächenstrukturen und/oder die Anzahl der Trennwände und/oder die Anzahl und/oder die Gestaltung und/oder die Größe der Öffnungen ein zu dämpfender Schallwellenfrequenzbereich einstellbar.
Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des Strömungskanals weist einen im Wesentlichen runden und/oder einen im Wesentlichen rechteckigen und/oder einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf.
Die Aufgabe zur Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage wird mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Bei einer Ausführungsform der Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug oder ein Gebäude ist in der Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage zumindest ein gemäß der oben genannten Beschreibung gestalteter Strömungskanal anordenbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines Strömungskanals mit einer akustischen Dämpfungskammer.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht des Strömungskanals 1. Der Strömungskanal 1 wird beispielhaft in einer Fluidströmungsrichtung 13 von einem Fluid durchströmt. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um Luft handeln, wenn der Strömungskanal 1 in einer nicht dargestellten Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage angeordnet ist. Die Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage kann zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, einem Schiff, einem U-Boot oder einem Fluggerät angeordnet sein. Darüber hinaus kann die Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage auch in einem über- oder unterirdisch angelegten Gebäude sowie in einer Produktionsanlage oder einer Speicheranlage, beispielswiese einem Getreidesilo, angeordnet sein. In alternativen Ausführungsformen kann der Strömungskanal 1 als Teil einer nicht dargestellten Abgasanlage, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs oder eines Gebäudes, angeordnet sein. In diesem Fall handelt es sich bei dem Fluid beispielsweise um ein Abgas oder um ein Gemisch aus Abgas und Luft.
Der Strömungskanal 1 weist eine Strömungskanalinnenwand 2 auf. Die Strömungskanalinnenwand 2 kann in verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildet sein, so dass der Strömungskanal 1 beispielhaft einen runden, einen rechteckigen oder auch einen quadratischen oder anderweitig ausgebildeten Querschnitt aufweisen kann.
In einem Bereich der Strömungskanalinnenwand 2 ist eine Ausnehmung 3 ausgebildet. Die Ausnehmung 3 ist von einer schalldurchlässigen Abdeckung 4 überspannt.
Vom Strömungskanal 1 aus gesehen hinter der schalldurchlässigen Abdeckung 4 ist eine akustische Dämpfungskammer 5 angeordnet. Die schalldurchlässige Abdeckung 4 leitet den Fluidstrom über die Ausnehmung 3 hinweg, so dass die akustische Dämpfungskammer 5 im Wesentlichen nicht vom Fluid durchströmt wird. Die schalldurchlässige Abdeckung 4 sperrt die akustische Dämpfungskammer 5 dabei im Wesentlichen für das Fluid ab. In einer Ausführungsform ist die schalldurchlässige Abdeckung 4 ein Vlies und weist schallabsorbierende Eigenschaften auf. In alternativen Ausführungsbeispielen ist die schalldurchlässige Abdeckung 5 kein Vlies sondern ein andersartiges textiles Gebilde. Die schalldurchlässige Abdeckung 4 kann dabei beispielsweise aus mineralischen, tierischen, pflanzlichen oder chemischen Fasern aufgebaut sein. Die schalldurchlässige Abdeckung 4 und die Strömungskanalinnenwand 2 bilden eine durchgängige Oberfläche zur Leitung des Fluidstroms über die Ausnehmung 3 hinweg.
Die akustische Dämpfungskammer 5 weist zwei einander gegenüberliegende und vertikal zur Strömungskanalinnenwand 2 angeordnete Seitenwände 10 und eine zu den Seitenwänden 10 vertikal angeordnete und parallel zur Strömungskanalinnenwand 2 angeordnete Rückwand 14 auf. Die akustische Dämpfungskammer 5 weist dabei beispielhaft eine rechteckige Form auf. In alternativen Ausführungsformen kann die akustische Dämpfungskammer 5 auch eine quadratische oder eine rundliche Form aufweisen. Die akustische Dämpfungskammer 5 kann einteilig mit dem Strömungskanal 1 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kunststoff oder einem Stahlblech ausgebildet sein.
Die akustische Dämpfungskammer 5 bewirkt eine Schallreduzierung im Strömungskanal 1. Schalwellen werden von der schalldurchlässigen Abdeckung 4 absorbiert und treten in die akustische Dämpfungskammer 5 ein. Der im Strömungskanal 1 weiterlaufenden Schallwelle wird dabei Schallenergie entzogen, welche in Wärme umgewandelt wird. In Abhängigkeit von der geometrischen Auslegung der Ausnehmung 3 und der akustischen Dämpfungskammer 5 wird der Frequenzbereich der Schallwelle insbesondere breitbandig reduziert. Darüber hinaus lässt sich die akustische Absorption durch das Material und die Dicke der schalldurchlässigen Abdeckung 4 variieren.
Die Seitenwände 10 und die Rückwand 14 der akustischen Dämpfungskammer 5 können einen oder mehr als einen Innenwandbereich 11 mit Oberflächenstrukturen 12 aufweisen. Die Oberflächenstrukturen 12 sind derart ausgebildet, dass sie Schallwellen in besonderem Maße absorbieren und dabei zu einer zusätzlichen Schallreduzierung beitragen, indem sie die Energie der Schallwellen durch Reibung in Wärme umwandeln. Dabei kann es sich bei den Oberflächenstrukturen 12 beispielsweise um unregelmäßig angeordnete Zacken aus einem schallabsorbierendem Material handeln, welche von einem Innenwandbereich 11 in die akustische Dämpfungskammer 5 hineinragen. Die Ausdehnung eines oder mehr als eines Innenwandbereichs 11 kann variieren.
In der akustischen Dämpfungskammer 5 ist eine Trennwand 6 angeordnet. Die Trennwand 6 ist beispielhaft parallel zur Rückwand 14 und parallel zur schalldurchlässigen Abdeckung 4 angeordnet und verbindet die beiden Seitenwände 10 miteinander. Die Trennwand 6 ist beispielhaft aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kunststoff oder einem Stahlblech ausgebildet.
Die Trennwand 6 ist in Bezug auf die Seitenwände 10 beispielhaft etwa mittig angeordnet. Dabei teilt sie die akustische Dämpfungskammer 5 in ein zwischen der Trennwand 6 und der schalldurchlässigen Abdeckung 4 angeordnetes erstes Kompartiment 8 und ein zwischen der Trennwand 6 und der Rückwand 14 angeordnetes zweites Kompartiment 9.
Die Trennwand 6 weist eine Anzahl von Öffnungen 7 auf. Die Öffnungen 7 können beispielhaft als Schlitze oder Löcher ausgebildet sein. Die Trennwand 6 kann beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kunststoff oder einem Stahlblech ausgebildet sein, in welche die Öffnungen 7 zum Beispiel eingestanzt sind. Die Form, die Größe und die Anzahl der Öffnungen 7 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen variieren. Darüber hinaus können auch zwei oder mehr als zwei Trennwände 6 in der akustischen Dämpfungskammer 5 angeordnet sein. Auch die Anordnungsweise einer oder mehr als einer Trennwand 6 in der akustischen Dämpfungskammer 5 kann variieren.
Die zumindest eine Trennwand 6 bewirkt eine zusätzliche Schallabsorption, da insbesondere von der Rückwand 14 reflektierte Schallwellen durch die Trennwand 6 und die Randbereiche der Öffnungen 7 absorbiert werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind im Bereich des Strömungskanals 1 mehrere akustische Dämpfungskammern 5 angeordnet. Diese können dabei in der Fluidströmungsrichtung 13 hintereinander, gegenüberliegend oder auf den Umfang des Strömungskanals 1 versetzt zueinander angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0284789 A1 [0003]
DE 4115171 A1 [0004]
WO 2010/086719 A1 [0005]

Claims

Strömungskanal (1), insbesondere für eine Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage, wobei der Strömungskanal (1) eine Strömungskanalinnenwand (2) mit zumindest einer Ausnehmung (3) und zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung (4) aufweist, wobei die zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung (4) die zumindest eine Ausnehmung (3) abdeckt, um einen durch den Strömungskanal (1) strömenden Fluidstrom über die zumindest eine Ausnehmung (3) hinwegzuleiten, und mit zumindest einer akustischen Dämpfungskammer (5), welche die zumindest eine Ausnehmung (3) auf einer dem Strömungskanal (1) abgewandten Seite der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung (4) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) zumindest eine Trennwand (6) aufweist, welche die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) in zumindest zwei Kompartimente (8, 9) unterteilt.
Strömungskanal (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (6) eine Anzahl von Öffnungen (7) aufweist.
Strömungskanal (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) als Löcher und/oder Schlitze ausgebildet sind.
Strömungskanal (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (6) die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) in ein dem Strömungskanal (1) zugewandtes sowie zu der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung (4) benachbart angeordnetes erstes Kompartiment (8) und in ein vom Strömungskanal (1) abgewandtes zweites Kompartiment (9) im Wesentlichen unterteilt.
Strömungskanal (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (6) im Wesentlichen parallel zu der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung (4) angeordnet ist und zwei im Wesentlichen vertikal zu der zumindest einen schalldurchlässigen Abdeckung (4) angeordnete Seitenwände (10) der zumindest einen akustischen Dämpfungskammer (5) miteinander verbindet.
Strömungskanal (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine schalldurchlässige Abdeckung (4) ein Vlies ist.
Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) einteilig mit dem Strömungskanal (1) ausgebildet ist.
Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) zumindest einen Innenwandbereich (11) aufweist, an welchem zur Schalldämpfung geeignete Oberflächenstrukturen (12) ausgebildet sind.
Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (1) zwei oder mehr als zwei in einer Fluidströmungsrichtung (13) hintereinander und/oder im Wesentlichen gegenüberliegend und/oder an der Strömungskanalinnenwand (2) versetzt zueinander angeordnete akustische Dämpfungskammern (5) mit jeweils zumindest einer Trennwand (6) und jeweils zumindest einer schalldurchlässigen Abdeckung (4) aufweist.
Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine akustische Dämpfungskammer (5) zwei oder mehr als zwei Trennwände (6) aufweist.
Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Variation der Dimensionierung der zumindest einen akustischen Dämpfungskammer (5) und/oder die Variation der Oberflächenstrukturen (12) und/oder die Anzahl der Trennwände (6) und/oder die Anzahl und/oder die Gestaltung der Öffnungen (7) ein zu dämpfender Schallwellenfrequenzbereich einstellbar ist.
Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (1) einen im Wesentlichen runden und/oder einen im Wesentlichen rechteckigen und/oder einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist.
Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug oder ein Gebäude, dadurch gekennzeichnet, dass in der Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage zumindest ein Strömungskanal (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.