DE102018004486A1

DE102018004486A1 - Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall

Info

Publication number: DE102018004486A1
Application number: DE102018004486.7A
Authority: DE
Inventors: Mirko Ruhnau
Original assignee: Ges fur Akustikforschung Dresden Mbh; Gesellschaft fur Akustikforschung Dresden Mbh
Current assignee: Ges fur Akustikforschung Dresden Mbh; Gesellschaft fur Akustikforschung Dresden Mbh
Priority date: 2018-06-03
Filing date: 2018-06-03
Publication date: 2019-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass der aktuelle Schall gedämpft und/oder absorbiert wird.Dazu ist eine Resonatorkammer über ein Element als Verjüngung mit dem die Resonatorkammer umgebenden Raum oder einem fluidführenden Kanal verbunden. Am oder im Element befindet sich eine mit einem Antrieb verbundene und den Querschnitt des Elements und damit die Impedanz des Elements verändernde Stelleinrichtung. Weiterhin ist oder sind ein Schallwandler und/oder ein Schwingungswandler Bestandteile der Einrichtung. Der Schallwandler und/oder der Schwingungswandler und der Antrieb sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, welche den Schalldruckpegel am Schallwandler und/oder den Schwingschnellepegel am Schwingungswandler ermittelt und den Antrieb und damit die Stelleinrichtung entsprechend des jeweiligen Pegels und der Frequenz wenigstens einer Amplitude des Schalls und/oder der Schwingung steuert.

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall.
Helmholtzresonatoren können zur Dämpfung von Schall eingesetzt werden.
Die Druckschrift DE 10 2007 007 600 A1 offenbart einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage mit einem Helmholtzresonator in Verbindung mit einer Expansionskammer, die sich in einem Gehäuse befinden.
Die Druckschrift DE 10 2012 019 318 A1 beinhaltet einen Schalldämpfer für eine gasführende Rohrleitung mit zwei akustischen Mitteln, die über ein Verbindungselement mit der gasführenden Rohrleitung verbindbar sind. Die Mittel sind dazu entweder Viertelwellenresonatoren oder eine Kombination eines Viertelwellenresonators und eines Helmholtzresonators.
Durch die Druckschrift DE 200 03 519 U1 ist ein Helmholtzresonator bekannt, bei dem durch ein Schaltelement das Helmholtzsystem außerhalb seiner Wirkfrequenz geöffnet und durchströmt werden kann. Dazu wird eine Strömung in einem Bypass ermöglicht. Bei geschlossenem Bypass ist der Helmholtzresonator konventionell angekoppelt und reduziert den Schallpegel entsprechend seiner Auslegung.
Eine Steuerung des Dämpfungsverhaltens des jeweiligen Schalldämpfers ist in diesen Druckschriften nicht vorgesehen.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung so bereitzustellen, dass eine Dämpfung und/oder Absorption des aktuellen Schalls erfolgt.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Einrichtungen zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass der aktuelle Schall gedämpft und/oder absorbiert wird.
Dazu ist eine Resonatorkammer über ein Element als Verjüngung mit dem die Resonatorkammer umgebenden Raum oder einem fluidführenden Kanal verbunden. Am oder im Element befindet sich eine mit einem Antrieb verbundene und den Querschnitt des Elements und damit die Impedanz des Elements verändernde Stelleinrichtung. Weiterhin ist oder sind ein Schallwandler im und/oder in Verbindung zum Raum oder in Fließrichtung des Fluids nach dem Element im Kanal und/oder ein Schwingungswandler in Fließrichtung des Fluids nach dem Element an der Wand des Kanals angeordnet. Darüber hinaus sind der Schallwandler und/oder der Schwingungswandler und der Antrieb mit einer Steuereinrichtung verbunden, welche den Schalldruckpegel am Schallwandler und/oder den Schwingschnellepegel am Schwingungswandler ermittelt und den Antrieb und damit die Stelleinrichtung entsprechend des jeweiligen Pegels und der Frequenz wenigstens einer Amplitude des Schalls und/oder der Schwingung steuert.
Die Einrichtung stellt somit vorteilhafterweise eine autarke und adaptive Helmholtzresonatoreinrichtung zur Schalldämpfung und/oder Schallabsorption dar, wobei die Resonatorkammer mit der Verjüngung der Helmholtzresonator ist. Die Besonderheit besteht darin, die Resonanzfrequenz des Helmholtzresonators über die Stelleinrichtung am oder im Element zu steuern und somit dessen Wirkbandbreite zu optimieren. Die Einrichtung ist damit so ausgebildet, dass sich diese eigenständig an Frequenzverschiebungen anpasst. Als Vergleichsparameter wird der Schalldruckpegel oder der Schwingschnellepegel im beeinflussbaren Frequenzbereich genutzt. Dieser kann an beliebiger Stelle der jeweiligen Anlage, nach dem Helmholtzresonator selbst, ermittelt werden. Die Einrichtung ist so ausgelegt, fortwährend den Optimalzustand zu finden und diesen zu halten, um eine größtmögliche Schalldämpfung und/oder Schallabsorption zu erzielen. Dabei wird der Schalldruckpegelverlauf in definierbaren Abständen abgeglichen und ergebnisabhängig die Stelleinrichtung nachgesteuert.
Helmholtzresonatoren bieten einen vergleichsweise hohen Wirkgrad, für einen jedoch sehr schmalen Frequenzbereich. Dadurch eignen sich diese insbesondere für eine Anwendung in Abgas-/Abluftanlagen, welche ein schmalbandiges und tonales Frequenzspektrum emittieren. Kommt es jedoch zu Schwankungen in der Schallemission, bricht bei üblichen Helmholtzresonatoren die schalldämpfende Wirkung ein. Die Einrichtung mit dem Helmholtzresonator und der Stelleinrichtung, kann vorteilhafterweise dessen Wirkfrequenzbandbreite deutlich erweitern. Hiermit wird gewährleistet, dass es auch bei üblichen Frequenzschwankungen im Störschall zu keinem signifikanten Einbruch der Schalldämpfung und/oder Schallabsorption kommt.
Für eine nicht invasive Installation ist der Schwingungswandler vorgesehen.
Die Steuereinrichtung kann vorteilhafterweise ein Datenerfassungs- und Datenverarbeitungssystem sein.
Die Einrichtung kann auch einfach in eine bestehende Anlage integriert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 angegeben.
Das Element ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 ein Rohrstück oder ein Schlauchstück mit einem kleineren Querschnitt als der Querschnitt der Resonatorkammer.
Die Stelleinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 ein Ventil, eine Klappe, ein Schieber oder ein Hahn. Derartige Vorrichtungen zur Veränderung des Querschnitts des Elements und/oder des Strömungswiderstands sind bekannt, wobei der Hahn auch ein Quetschhahn sein kann.
Der Antrieb ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 ein Motor. Dazu kann der Motor ein Elektromotor zur Erzeugung sowohl einer rotatorischen als auch translatorischen Bewegung sein.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ist oder sind der Schallwandler ein Mikrofon und/oder der Schwingungswandler ein Beschleunigungssensor.
Die Amplitude des Schalls und/oder der Schwingung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 die größte Amplitude des gemessenen Pegels.
Die Steuereinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 mit dem Schallwandler und/oder dem Schwingungswandler so verbunden, dass bei einer Änderung des Pegels die Stelleinrichtung mit wenigstens einem Stellschritt bewegt wird, bis der sich verkleinernde Pegel bei gleicher Frequenz der größten Amplitude größer wird und damit der vorhergehende Stellschritt die optimale Schalldämpfung und/oder Schallabsorption ist.
Die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 als Schalldämpfer ein Bestandteil einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
Die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 als Schalldämpfer ein Bestandteil einer luftführenden Anlage eines luftführenden Kanalsystems der Gebäudetechnik.
Die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 als Schalldämpfer ein Bestandteil eines fluidführenden und durchströmten Kanals.
Die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 als Schallabsorber in einem Raum angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall als Bestandteil einer Abgasanlage und
2 eine Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall zur Anordnung in einem Raum.

Eine Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall besteht im Wesentlichen aus einer Resonatorkammer 1, einem Element 2 als Verjüngung, einer Stelleinrichtung 3, einem Antrieb 4, einem Schallwandler 5 und einer Steuereinrichtung 6.
Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall als Bestandteil einer Abgasanlage in einer prinzipiellen Darstellung.
In einer ersten Ausführungsform ist eine Einrichtung ein Bestandteil einer Abgasanlage. Die Einrichtung besitzt die Resonatorkammer 1, die über ein Halsstück als Element 2 der Verjüngung an den Abgasstrang 7 angeschlossen ist. Im Element 2 selbst befindet sich die Stelleinrichtung 3, die eine Klappe, Ventil oder ein Stellhahn sein kann. Angetrieben wird die Stelleinrichtung 7 von dem Antrieb 4 als Stellmotor an der Außenwand des Halsstücks oder beabstandet zu dieser. So kann nach vorherrschender Temperatur der Stellmotor zum Schutz über eine Spindel mit größerem Abstand zum Halsstück und damit zu der Abgasanlage 7 montiert sein.
Zur Steuerung ist der Schallwandler 5 als Mikrofon im oder am Abgasstrang 7 nach dem Abzweig zum Halsstück mit der Resonatorkammer 1 als Helmholtzresonator angeordnet. Je nach vorherrschenden Temperaturen kann das Mikrofon auch weiter ans Ende der Abgasanlage platziert sein. Eine Montage am Schallaustrittsende ist auch möglich.
In einer Ausführungsvariante kann für eine nicht invasive Installation an die Anlage ein Beschleunigungssensor als Schwingungswandler an einer Wand des Abgangsstrangs 7 angeordnet sein.
Die 2 zeigt eine Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall zur Anordnung in einen Raum in einer prinzipiellen Darstellung.
In einer zweiten Ausführungsform ist eine Einrichtung ein Bestandteil eines Raumes. Die Einrichtung besitzt die Resonatorkammer 1, die über ein Halsstück als Element 2 der Verjüngung verfügt. Im Element 2 selbst befindet sich die Stelleinrichtung 3, die eine Klappe, Ventil oder ein Stellhahn sein kann. Angetrieben wird die Stelleinrichtung 7 von dem Antrieb 4 als Stellmotor an der Außenwand des Halsstücks oder beabstandet zu dieser. Zur Steuerung ist der Schallwandler 5 als Mikrofon im Raum angeordnet oder ist ein Bestandteil der Einrichtung mit einer Öffnung zum Raum. Die Öffnung des Helmholtzresonators mit der Resonatorkammer 1 und dem Element 2 weist in den Raum. Damit sind raumakustische Parameter beeinflussbar.
Die Steuereinrichtung des Ausführungsbeispiels und damit der Ausführungsformen ist so ausgebildet, dass diese fortlaufend den aktuellen Schalldruckpegel am Mikrofon erfasst und die Stelleinrichtung bei Bedarf nachstellt. Dazu werden die folgenden Schritte ausgeführt.
Es wird der aktuelle Pegel abgeprüft und die Frequenz der größten Amplitude ermittelt. Dann wird die Stelleinrichtung 3 um einen bestimmten Stellschritt bewegt. Es wird erneut der Pegel und die Frequenz ermittelt. Ist der Pegel nun geringer und die Frequenz der Amplitude gleich, wird davon ausgegangen, dass der vorher durchgeführte Stellschritt richtig war. Nun erfolgt ein weiterer Stellschritt. Dies geschieht so lange, bis ein Stellschritt eine negative Wirkung in Form einer Pegelerhöhung zur Folge hat. Wenn sich bis zu diesem Punkt auch die Frequenz der Amplitude nicht geändert hat, ist das Optimum erreicht. Pegel und Frequenz werden nun fortlaufend überwacht. Kommt es nun zu einer Pegeländerung und einer Verschiebung der Amplitudenfrequenz, reagiert die Einrichtung wie beschrieben, bis dafür das Optimum gefunden ist.
Bei Verwendung eines Schwingungswandlers ist die Steuereinrichtung des Ausführungsbeispiels und damit der Ausführungsform so ausgebildet, dass diese fortlaufend den aktuellen Schwingschnellepegel am Schwingungswandler erfasst und die Stelleinrichtung bei Bedarf nachstellt. Dazu werden die aufgeführten Schritte ausgeführt.
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

DE 102007007600 A1 [0003]
DE 102012019318 A1 [0004]
DE 20003519 U1 [0005]

Claims

Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall, dadurch gekennzeichnet, dass eine Resonatorkammer (1) über ein Element (2) als Verjüngung mit dem die Resonatorkammer (1) umgebenden Raum oder einem fluidführenden Kanal verbunden ist, dass sich am oder im Element (2) eine mit einem Antrieb (4) verbundene und den Querschnitt des Elements (2) und damit die Impedanz des Elements (2) verändernde Stelleinrichtung (3) befindet, dass ein Schallwandler (5) im und/oder in Verbindung zum Raum oder in Fließrichtung des Fluids nach dem Element (2) im Kanal und/oder ein Schwingungswandler in Fließrichtung des Fluids nach dem Element (2) an der Wand des Kanals angeordnet ist oder sind und dass der Schallwandler (5) und/oder der Schwingungswandler und der Antrieb (4) mit einer Steuereinrichtung (6) verbunden sind, welche den Schalldruckpegel am Schallwandler (5) und/oder den Schwingschnellepegel am Schwingungswandler ermittelt und den Antrieb (4) und damit die Stelleinrichtung (3) entsprechend des jeweiligen Pegels und der Frequenz wenigstens einer Amplitude des Schalls und/oder der Schwingung steuert.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) ein Rohrstück oder ein Schlauchstück mit einem kleineren Querschnitt als der Querschnitt der Resonatorkammer (1) ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (3) ein Ventil, eine Klappe, ein Schieber oder ein Hahn ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (4) ein Motor ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler (5) ein Mikrofon und/oder dass der Schwingungswandler ein Beschleunigungssensor ist oder sind.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Schalls und/oder der Schwingung die größte Amplitude des gemessenen Pegels ist.
Einrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) mit dem Schallwandler (5) und/oder dem Schwingungswandler so verbunden ist, dass bei einer Änderung des Pegels die Stelleinrichtung (3) mit wenigstens einem Stellschritt bewegt wird, bis der sich verkleinernde Pegel bei gleicher Frequenz der größten Amplitude größer wird und damit der vorhergehende Stellschritt die optimale Schalldämpfung und/oder Schallabsorption ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall als Schalldämpfer ein Bestandteil einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall als Schalldämpfer ein Bestandteil einer luftführenden Anlage eines luftführenden Kanalsystems der Gebäudetechnik ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall als Schalldämpfer ein Bestandteil eines fluidführenden und durchströmten Kanals ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Dämpfung und/oder Absorption von Schall als Schallabsorber in einem Raum angeordnet ist.