DE102022109764A1

DE102022109764A1 - Schallminderer

Info

Publication number: DE102022109764A1
Application number: DE102022109764.1A
Authority: DE
Inventors: Berend Linke
Original assignee: Umfotec Acoustic Solutions GmbH
Current assignee: UMFOTEC ACOUSTIC SOLUTIONS GMBH, DE
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2023-10-26
Also published as: US20230343316A1; CN116927926A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallminderer (1), umfassend ein Hauptrohr (10) und eine über wenigstens ein erstes Fenster (11) mit dem Inneren des Hauptrohres (10) schallleitend verbundene, im Übrigen geschlossene und das Hauptrohr (10) umlaufende, als Resonatorkammer wirksame Ringkammer (40).Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Inneren des Hauptrohres (10) ein um die Längsachse des Hauptrohres (10) rotationssymmetrischer Umströmungskörper (20) angeordnet und mittels Streben (30; 130, 230) an der Innenwand des Hauptrohres (10) fixiert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallminderer, umfassend ein Hauptrohr und eine über wenigstens ein erstes Fenster mit dem Inneren des Hauptrohres schallleitend verbundene, im Übrigen geschlossene und das Hauptrohr umlaufende, als Resonatorkammer wirksame Ringkammer.
Stand der Technik
Ein derartiger Schallminderer ist bekannt aus der DE 10 2017 126 125 A1 .
Die resonanzbasierte Schallminderung in Fluidleitungen ist dem Fachmann seit langem bekannt. Bei einem auf diesem Prinzip beruhenden Schallminderer durchströmt ein (flüssiges oder gasförmiges) Fluid, in welchem sich Schallwellen ausbreiten, ein Hauptrohr. Um das Hauptrohr ist ein meist konzentrisch angeordneter Rohrabschnitt größeren Durchmessers gelegt, so dass zwischen diesem Außenrohr und dem von dem Hauptrohr gebildeten Innenrohr ein umlaufender Ringspalt bildet. An den Enden des Außenrohres sind dicht mit der Außenwand Hauptrohres verbundene Stirnwände vorgesehen, sodass zwischen Haupt- und Außenrohr eine geschlossene Ringkammer entsteht. Diese Ringkammer ist über ein oder mehrere Fenster im Hauptrohr meist fluidleitend, mindestens aber schallleitend mit dessen Innerem verbunden. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird der Einfachheit halber von „einer das Hauptrohr umlaufenden Ringkammer“ gesprochen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass dies keine Beschränkung auf eine einzige, in Umfangsrichtung durchgängige und das Hauptrohr vollumfänglich umlaufende Resonatorkammer impliziert. So ist es durchaus möglich, dass die Ringkammer das Hauptrohr in Umfangsrichtung nur unvollständig umläuft, dass die Ringkammer durch innere Axialwände in mehrere, in Umfangsrsichtung benachbarte Teilkammern unterteilt ist und/oder dass mehrere einander axial benachbarte Ringkammern vorgesehen sind. In jedem Fall gelangt sich im Hauptrohr ausbreitender Schall durch das oder die Fenster in die Ringkammer und wird an deren Wänden mehrfach reflektiert. Bei geeigneter Auslegung der Ringkammer- und Fensterdimensionen kommt es dabei zu einer destruktiven Überlagerung der reflektierten Schallwellen, d. h. zu einer Schallminderung. Derartige Schallminderer sind auch als sogenannte Helmholtz-Resonatoren bekannt. Bei der Ausführungsform der vorgenannten Druckschrift sind die Fenster mit einem vorzugsweise offenporigen Schaum (dieser Begriff wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung im Sinne eines Schaumstoffkörpers verwendet) gefüllt. Dieser kann von dem Fluid und insbesondere dem darin transportieren Schall passiert werden, wobei jedoch der Schall eine zusätzliche Dämpfung im Sinne einer Schallminderung durch Energiedissipation erfährt. Auf Basis dieses Kombinationsprinzips aus Resonanz und Absorption arbeitende Schallminderer werden im Hause der Anmelderin mit der eingetragenen Marke Resabtor^® bezeichnet.
Probleme können sich ergeben, wenn besonders hochfrequente Schallanteile gemindert werden sollen. Es hat sich gezeigt, dass gerade höhere Frequenzen mit den bekannten Schallminderern weniger effizient minderbar sind als niedrigere Frequenzen. Für eine breitbandige Abstimmung der Schallminderer hat sich dies als nachteilig erwiesen.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen insbesondere auch für höhere Frequenzen effektiven Schallminderer zur Verfügung zu stellen, der zudem technisch einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass im Inneren des Hauptrohres ein vorzugsweise um die Längsachse des Hauptrohres rotationssymmetrischer Umströmungskörper, d. h. ein von dem Fluid allseitig umströmbarer Körper, angeordnet und mittels Streben an der Innenwand des Hauptrohres fixiert ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Kern der Erfindung ist es also im Bereich des Schallminderers im Inneren des Hauptrohres einen „Torpedo“-artigen Umströmungskörper zu platzieren. Dies führt unmittelbar zu einer deutlichen Verbesserung der Schallminderung in höheren Frequenzen. Als Ursache dieses Phänomens hat der Erfinder die Modenstruktur der Schallwellenausbreitung erkannt. Wie dem Fachmann bekannt ist, breitet sich Schall in Rohren in sogenannten Moden aus, die durch die Form der sich dabei bildenden stehenden Wellen beschrieben werden können. Die Grenzfrequenzen, bei denen bestimmte, höhere Moden „anspringen“, hängen stark von der Geometrie und Dimensionierung der Rohre ab. Es ist jedoch unmittelbar einsichtig, dass bei höheren Frequenzen, d. h. kürzeren Wellenlängen, auf gegebenem Raum eine größere Anzahl teilweise sehr komplex geformter Moden entstehen können. Besonders anschaulich lässt sich dies anhand der sogenannten Doppel-Ring-Mode beschreiben: hier breitet sich der Schall weitgehend unabhängig in zwei konzentrischen Radialbereichen des Hauptrohres aus. Lediglich der äußere Radialbereich kommt dabei mit den wirksamen Strukturen herkömmlicher Schallminderer in Kontakt. D. h. lediglich im äußeren Radialbereich des Rohres transportierter Schall kann durch das oder die erste(n) Fenster in die Resonatorkammer eindringen und so der destruktiven Resonanz und ggf. einer zusätzlichen Absorption unterworfen werden. Der im inneren Radialbereich des Hauptrohres transportierte Schall erfährt hingegen praktisch keine Wechselwirkung mit den wirksamen Strukturen herkömmlicher Schallminderer. Durch den erfindungsgemäßen „Torpedo“ wird allerdings dieser innere Radialbereich des Hauptrohres blockiert. Die entsprechende Doppel-Ring-Mode wird dadurch gestört bzw. kann aufgrund der Störstruktur nicht „anspringen“. Dies führt zu einem Schalltransport ausschließlich im äußeren Radialbereich des Hauptrohres, der in der oben erläuterten Weise mit den wirksamen Elementen des Schallminderers wechselwirkt. Auf diese Weise lässt sich auch in vergleichsweise hohen Frequenzen Schall effektiv mindern.
Dieser unter physikalischen Gesichtspunkten höchst vorteilhafte Ansatz stößt jedoch bei der praktischen Umsetzung weniger auf technische als vielmehr auf wirtschaftliche Schwierigkeiten. Es ist ohne Weiteres denkbar, einen mit nach außen weisenden Streben versehenen Umströmungskörper in das Hauptrohr einzusetzen und die freien Enden der Streben mit der Innenwand des Hauptrohres zu fügen, beispielsweise durch Verschweißung oder Verschraubung. Dies ist allerdings aufwendig und dadurch teuer. Insbesondere in Fällen, in den die Streben beispielsweise aus Platzgründen das Hauptrohr noch innerhalb der axialen Ausdehnung der Resonatorkammer kontaktieren müssen, erschwert sich der Aufbau des Schallminderers zusätzlich. Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht daher vor, dass das Hauptrohr einen ersten Hauptrohr-Axialabschnitt und einen zweiten Hauptrohr-Axialabschnitt umfasst und der Umströmungskörper einen ersten Umströmungskörper-Axialabschnitt und einen zweiten Umströmungskörper-Axialabschnitt umfasst, wobei der erste Hauptrohr-Axialabschnitt gemeinsam mit dem axial korrespondierenden, ersten Umströmungskörper-Axialabschnitt sowie einem ersten Satz Streben als ein erster Schallminderer-Axialabschnitt einstückig ausgebildet ist und der zweite Hauptrohr-Axialabschnitt gemeinsam mit dem axial korrespondierenden, zweiten Umströmungskörper-Axialabschnitt sowie einem zweiten Satz Streben als ein zweiter Schallminderer-Axialabschnitt einstückig ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird also zum Zwecke einer wirtschaftlichen Realisierbarkeit Abstand genommen von einer der funktionalen, radialen Unterteilung des Schallminderers und stattdessen eine funktional völlig kontraintuitive, axiale Unterteilung vorgenommen. Dabei werden insbesondere das Hauptrohr und der Umströmungskörper in zwei Axialabschnitte unterteilt, wobei die jeweils korrespondierenden Axialabschnitte von Hauptrohr und Umströmungskörper einstückig ausgebildet werden. Dabei dient jeweils ein Satz von ebenfalls einteilig mit den vorgenannten Axialabschnitten ausgebildeter Strebensatz der Verbindung von Hauptrohr- und Umströmungskörper-Axialabschnitt. Jeder der beiden resultierenden Schallminderer-Axialabschnitte lässt sich kostengünstig, insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil fertigen. Die Montage erfolgt durch einfaches, axiales Zusammenstecken der beiden Schallminderer-Axialabschnitte zu dem erfindungsgemäßen Schallminderer, wobei sich die beiden Hauptrohr-Axialabschnitte zum Hauptrohr und die beiden Umströmungskörper-Abschnitte zum Umströmungskörper zusammensetzen.
Eine Fortsetzung dieses Gedankens führt zu einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei der vorgesehen ist, dass die Ringkammer aus einem ersten Ringkammer-Axialabschnitt und einem zweiten Ringkammer-Axialabschnitt zusammengesetzt ist, wobei der erste Ringkammer-Axialabschnitt als ein zusätzliches Element des einstückigen, ersten Schallminderer-Axialabschnitts ausgebildet ist und der zweite Ringkammer-Axialabschnitt als ein zusätzliches Element des einstückigen, zweiten Schallminderer-Axialabschnitts ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird auch die Ringkammer in das erläuterte Konzept der axialen Zweiteiligkeit miteinbezogen. Bei dieser Ausführungsform besteht also der erste Schallminderer-Axialabschnitt aus dem ersten Umströmungskörper-Axialabschnitt, dem ersten Satz Streben, dem ersten Hauptrohr-Axialabschnitt und dem ersten Ringkammer-Axialabschnitt, wobei sämtliche genannten Komponenten gemeinsam einstückig ausgebildet sind. Analoges gilt für den zweiten Schallminder-Axialabschnitt. Dieser besteht bei der genannten Weiterbildung aus dem zweiten Umströmungskörper-Axialabschnitt, dem zweiten Satz Streben, dem zweiten Hauptrohr-Axialabschnitt und dem zweiten Ringkammer-Axialabschnitt, wobei sämtliche genannten Komponenten gemeinsam einstückig ausgebildet sind.
Das erläuterte Konzept kann sowohl bei einem als ein reiner Resonator ausgebildeten Schallminderer als auch bei einem als Resabtor^® ausgebildeten Schallminderer Einsatz finden. Bei letzterem ist, wie eingangs bereits erläutert vorgesehen, dass das wenigstens eine erste Fenster des Hauptrohres mit einer ersten Wand aus vorzugsweise offenporigem Schaum gefüllt ist. Bezüglich der physikalischen Wirkungsweise wird auf die Erläuterungen im einleitenden Teil der Beschreibung verwiesen.
Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich im Zusammenhang mit einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Schallminderers als Resabtor^® ist es besonders günstig, wenn das wenigstens eine erste Fenster des Hauptrohres als ein zwischen den beiden Hauptrohr-Axialabschnitten angeordneter, sich insbesondere vollständig über den Umfang des Hauptrohres erstreckender, erster Spalt ausgebildet ist. Dann nämlich kann, wie bei einer Weiterbildung dieses Ansatzes vorgesehen, die erste Wand aus vorzugsweise offenporigem Schaum als ein den ersten Spalt überbrückender, zwischen den beiden Hauptrohr-Axialabschnitten und koaxial zu diesen gehaltener, erster Schaum-Hohlzylinder ausgebildet sein. Mit anderen Worten besteht bei dieser Ausführungsform also der erfindungsgemäße Schallminderer nicht nur aus seinen beiden Schallminderer-Axialabschnitten sondern umfasst zusätzlich besagten Schaum-Hohlzylinder, der beim Zusammenstecken der beiden Schallminderer-Axialabschnitte zwischen deren Hauptrohr-Axialabschnitte eingesetzt wird. Die durch das erste Fenster gegebene Lücke zwischen den beiden Hauptrohr-Axialabschnitten wird also durch den beim Zusammenstecken eingefügten Schaum-Hohlzylinder in axialer Richtung überbrückt. Diese Konstruktion lässt sich auch so beschreiben, dass der Schaum-Hohlzylinder im Montageendzustand einen Mittelabschnitt des Hauptrohres darstellt.
Technisch besonders günstig lässt sich dies realisieren, indem der erste Schaum-Hohlzylinder axial beidseitig formschlüssig in je einer Ringnut gehalten ist, die in der ihm zugewandten Stirnseite des entsprechenden Hauptrohr-Axialabschnitts ausgebildet ist. Bei der Montage kann der Schaum-Hohlzylinder bereits in die Ringnut eines der beiden Schallminderer-Axialabschnitte, insbesondere dessen Hauptrohr-Axialabschnitts vorgesteckt werden. Der andere Schallminderer-Axialabschnitt wird sodann derart aufgesteckt, dass die noch freie Stirnkante des Schaum-Hohlzylinders in die Ringnut des aufzusteckenden Schallminderer-Axialabschnitts, insbesondere, dessen Hauptrohr-Axialabschnitts eingreift.
Anstelle eines das Hauptrohr vollumfänglich umlaufenden ersten Fensters ist selbstverständlich auch denkbar, dass eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Fenstern vorgesehen ist, die in analoger Weise durch vorsteckbare erste Wände aus vorzugsweise offenporigem Schaum gefüllt sein können.
Zur Vermeidung von Kanten, die im Inneren des erfindungsgemäßen Schallminderers für Turbulenzen im Fluid führen könnten, ist günstigerweise vorgesehen, dass die Stirnseiten der beiden Umströmungskörper-Axialabschnitte korrespondierende Formschlussstrukturen aufweisen, die gemeinsam eine (zumindest radial) formschlüssige Verbindung der beiden Umströmungskörper-Axialabschnitte zu besagtem Umströmungskörper bilden. Beispielsweise kann es sich um korrespondierende Ringabsätze handeln. Bei dieser Ausführungsform sichern die Formschlussstrukturen lediglich in radialer Richtung. Denkbar sind jedoch kompliziertere Gestaltungen, bei denen die Formschlussstrukturen eine Rastverbindung darstellen, die auch eine axiale Sicherung schafft.
Einen weiteren Beitrag zur Vermeidung von Turbulenzen kann die Formgebung des Umströmungskörpers leisten. Dieser weist bevorzugt ein im Längsschnitt entlang der Längsachse des Hauptrohres stromlinienförmiges Profil auf. Günstigerweise erstreckt er sich wenigstens über die axiale Länge der Resonatorkammer. Dadurch wird sichergestellt, dass eine sich evtl. vor oder hinter dem Schallminderer ausbildende Doppel-Ring-Mode wenigstens über die gesamte Länge des Schallminderers ge- bzw. zerstört ist, sodass die gesamte Länge des Schallminderers effektiv ausgenutzt werden kann.
Für die oben ausführlich beschriebene akustische Wirkung des Umströmungskörpers ist dessen innere Struktur unmaßgeblich. Gleichwohl ist bevorzugt vorgesehen, dass der Umströmungskörper hohl ausgebildet ist. Dies trägt einerseits zur Material- und Gewichtsersparnis bei. Andererseits ist es die Voraussetzung für eine Weiterbildung der Erfindung, bei der vorgesehen ist, dass der Umströmungskörper wenigstens ein zweites Fenster aufweist, über welches sein als zusätzliche Resonanzkammer wirkendes Inneres schallleitend mit dem Inneren des Hauptrohres verbunden ist. Mit anderen Worten wird der Umströmungskörper zusätzlich zu seiner erläuterten Moden-Störungs-Funktion als ein weiterer Resonator genutzt. Der zwischen dem Umströmungskörper und der Wand des Hauptrohres transportierte Schall kann also sowohl nach radial außen, nämlich durch das erste Fenster in die Ringkammer, als auch nach radial innen, nämlich durch das zweite Fenster in das Innere des Umströmungskörpers, eindringen. In beiden Kammern, kommt es zu Reflektionen des Schalls, die, wie erläutert, bei entsprechender Auslegung und Dimensionierung zu einer destruktiven Überlagerung von Schallwellen ausgewählter Frequenzbereiche führt. Insbesondere können aufgrund der üblicherweise unterschiedlichen Dimensionen von Ringkammer und Umströmungskörper-Innerem Resonatoren geschaffen werden, die zur Minderung unterschiedlicher Frequenzbereiche optimiert sind. Das Schallminderungspotenzial des erfindungsgemäßen Schallminderers wird daher weiter gesteigert.
Die von dem Umströmungskörper bei der genannten Weiterbildung der Erfindung bereitgestellte Resonanzkammer kann als reiner Resonator genutzt werden. Allerdings ist auch die Nutzung als Resabtor^® möglich. Hierzu ist das wenigstens eine zweite Fenster mit einer zweiten Wand aus vorzugsweise offenporigem Schaum gefüllt. Bezüglich der resultierenden Resabtor^®-Wirkung wird auf die obige Erläuterung im Kontext der (äußeren) Ringkammer verwiesen.
Bei einer axial geteilten Ausbildung des Umströmungskörpers kann zur praktischen Umsetzung weiter vorgesehen sein, dass das wenigstens eine zweite Fenster als ein zwischen den beiden Umströmungskörper-Axialabschnitten angeordneter, sich vollständig über den Umfang des Umströmungskörpers erstreckender, zweiter Spalt ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform kontaktieren die beiden Umströmungskörper-Axialabschnitte also einander nicht direkt, sondern stehen auf Lücke. Diese Lücke kann bei der angesprochenen Ausbildung als Resabtor^® von einem zweiten Schaum-Hohlzylinder überbrückt sein. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die zweite Wand aus vorzugsweise offenporigem Schaum als ein den zweiten Spalt überbrückender, zwischen den beiden Umströmungskörper-Axialabschnitten und koaxial zu diesen gehaltener, zweiter Schaum-Hohlzylinder ausgebildet ist. Zu dessen Fixierung zwischen den beiden Umströmungskörper-Axialabschnitten kann vorgesehen sein, dass er axial beidseitig formschlüssig in je einer Ringnut gehalten ist, die in der ihm zugewandten Stirnseite des entsprechenden Umströmungskörper-Axialabschnitts ausgebildet ist. Hinsichtlich des daraus resultierenden Montageverfahrens kann analog auf die obigen Erläuterungen im Kontext des ersten Schaum-Hohlzylinders verwiesen werden.
Freilich ist es auch hier denkbar, dass anstelle eines den Umströmungskörper vollumfänglich umlaufenden zweiten Fensters eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Fenstern vorgesehen, die ggf. durch vorzugsweise vorsteckbare zweite Wände aus vorzugsweise offenporigem Schaum gefüllt sind.
Die beiden Ringkammer-Axialabschnitte kontaktieren einander bevorzugt direkt und sind vorteilhafterweise entlang einer gemeinsamen Kontaktlinie axial fest, insbesondere stoffschlüssig, bevorzugt durch eine Verschweißung, miteinander verbunden. Aufgrund der Einstückigkeit der Schallminderer-Axialabschnitte genügt eine solche radial außen liegende und daher leicht zugängliche Verbindungslinie, um auch die beiden Hauptrohr-Axialabschnitte und beiden Umströmungskörper-Axialabschnitte in ihrer Relativausrichtung zueinander zu fixieren. Auch ist in der Ringkammer kein Fenster vorgesehen, welches die Verbindungslinie zwischen ihren beiden Axialabschnitten unterbrechen könnte. Eine Direktverbindung zwischen den beiden Ringkammer-Axialabschnitten ist daher unter mehreren Aspekten der ideale Ansatz zum Fügen der Schall minderer -Axialabschnitte.
Denkbar ist, dass beiden Ringkammer-Axialabschnitte im Wesentlichen symmetrisch ausgestaltet sind. Dies kann aber, insbesondere bei einer dünnwandigen Ausgestaltung, Probleme bei der Ausbildung einer sicheren und haltbaren Schweißnaht bergen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der erste Ringkammer-Axialabschnitt eine erste Ringkammerstirnwand umfasst und der zweite Ringkammer-Axialabschnitt eine zweite Ringkammerstirnwand sowie einen an dieser ansetzenden und sich axial bis zur ersten Ringkammerstirnwand erstreckenden Ringkammermantel umfasst, wobei der radial äußere Rand der ersten Ringkammerstirnwand und der freie axiale Rand des Ringkammermantels Kontaktstrukturen aufweisen, an denen besagte Kontaktlinie ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird also der gesamte Ringkammermantel dem zweiten Ringkammer-Axialabschnitt zugeschlagen, während der erste Ringkammer-Axialabschnitt im Wesentlichen auf die erste Ringkammerstirnwand reduziert wird. Die Kontaktlinie zwischen den beiden Ringkammer-Axialabschnitten verläuft also entlang des äußeren Randes der ersten Ringkammerstirnwand bzw. entlang des axialen Randes des Ringkammermantels. Dieser „Eck“-Bereich ist für ein zur Verschweißung eingesetztes Gerät besonders leicht zugänglich. Zudem ist dieser Bereich in mehreren Richtungen stabil, so dass selbst hohe Fertigungstoleranzen der Ausbildung einer sicheren und dichten Fügung nicht im Wege stehen.
Die Streben, die den Umströmungskörper mit dem Hauptrohr verbinden, verlaufen bevorzugt in axialer Richtung schräg, wobei die Streben des ersten Satzes Streben und die Streben des zweiten Satzes Streben von radial außen nach radial innen aufeinander zulaufen. Durch die Schrägstellung der Streben wird eine axiale Stabilisierung des Umströmungskörper relativ zum Hauptrohr im Vergleich zu rein radial verlaufenden Streben erreicht. Die spezielle Wahl der Schrägstellung sorgt zudem dafür, dass die Streben axial außerhalb des ersten Fensters (im Hauptrohr) ansetzen können und trotz ihrer Schrägstellung nicht weiter nach axial außen reichen, wodurch insgesamt die axiale Baulänge des erfindungsgemäßen Schallminderers auf ein Minimum reduziert wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:

1: eine perspektivische, achsparallel geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Schallminderers,
2: eine perspektivische Darstellung des ersten Schallminderer-Axialabschnitts des Schallminderers von 1 sowie
3: eine perspektivische Darstellung des zweiten Schallminderer-Axialabschnitts des Schallminderers von 1.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
1 zeigt in einer perspektivischen, achsparallel geschnittenen Darstellung einen erfindungsgemäßen Schallminderer 1 im Zusammenbauzustand und angeschlossen an ein Anschlussrohr 2. Der Schallminderer 1 ist bei der dargestellten Ausführungsform zusammengesetzt aus drei Elementen, nämlich einem ersten Schallminderer-Axialabschnitt 100, der in 2 separat dargestellt ist, einem zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 200, der in 3 separat dargestellt ist, und einem Schaum-Hohlzylinder 300, der in dem in 1 dargestellten Zusammenbauteil zwischen dem ersten und dem zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 100, 200 eingesetzt ist. Funktional umfasst der Schallminderer 1 ein Hauptrohr 10 und einen Umströmungskörper 20, der über Streben 30 koaxial im Inneren des Hauptrohres 10 fixiert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Umströmungskörper 20 aus Illustrationsgründen als Rotationsellipsoid dargestellt; in praktischen Ausführungsformen kann es günstiger sein, spezielle, stromlinienförmige Gestaltungen, die insbesondere auch eine vorwiegende Strömungsrichtung des das Hauptrohr 10 durchströmenden Fluids berücksichtigen, zu verwenden. Auch das Profil der Streben 30 kann eine im Hinblick auf einen niedrigen Strömungswiderstand optimierte Form haben.
Im Zentralbereich des Hauptrohres 10 ist ein das Hauptrohr 10 vollumfänglich umlaufendes erstes Fenster 11 angeordnet, welches bei der dargestellten Ausführungsform von dem oben bereits erwähnten Schaum-Hohlzylinder 300 ausgefüllt ist. Radial außerhalb des ersten Fensters 11 ist das Hauptrohr 10 von einer Ringkammer 40 umgeben, die sich zwischen einer ersten Ringkammerstirnwand 41 und einer zweiten Ringkammerstirnwand 42 erstreckt und nach radial außen von einem Ringkammermantel 43 begrenzt ist. Das Hauptrohr 10 wirkt über das erste Fenster 11 mit der Ringkammer 40 in grundsätzlich bekannter Weise als schallmindernder Resonator zusammen, wobei der Schaum-Hohlzylinder 300 eine zusätzliche, schallmindernde Absorptionswirkung erzielt. Der im Inneren des Hauptrohres 10 angeordnete Strömungskörper verhindert dabei den Aufbau von höheren Schallausbreitungsmoden, mittels derer diese SchallminderungsWirkung „unterlaufen“ werden könnte.
Mit Ausnahme des als zusammenhängendes Einzelteil ausgebildeten Schaum-Hohlzylinders sind sämtliche funktionalen Elemente des erfindungsgemäßen Schallminderers 1 als Zusammenbau-Elemente aus zwei Axialabschnitten zusammengebaut, wobei die jeweils korrespondierenden Axialabschnitte der einzelnen Elemente als zwei in den 2 und 3 separat dargestellte, einstückige Schallminderer-Axialabschnitte 100, 200 ausgebildet sind. So setzt sich das Hauptrohr 10 zusammen aus dem dem ersten Schallminderer-Axialabschnitt 100 zugeordneten, ersten Hauptrohr-Axialabschnitt 110 und dem dem zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 200 zugeordneten, zweiten Hauptrohr-Axialabschnitt 210. Der Umströmungskörper 20 setzt sich zusammen aus dem dem ersten Schallminderer-Axialabschnitt 100 zugeordneten, ersten Umströmungskörper-Axialabschnitt 120 und dem dem zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 200 zugeordneten, zweiten Umströmungskörper-Axialabschnitt 220. Ebenso ist der Satz von Streben 30 unterteilt in einen dem ersten Schallminderer-Axialabschnitt 100 zugeordneten, ersten Teilsatz von Streben 130 und einem dem zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 200 zugeordneten, zweiten Teilsatz von Streben 230. Die Ringkammer 40 schließlich ist aufgebaut aus einem dem ersten Schallminderer-Axialabschnitt 100 zugeordneten, ersten Ringkammer-Axialabschnitt 140 und einem dem zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 200 zugeordneten, zweiten Ringkammer-Axialabschnitt 240. Während die zuerst genannten Elemente im Wesentlichen symmetrisch unterteilt sind, gilt dies für die dargestellte Ausführungsform der Ringkammer 40 nicht. Hier umfasst der erste Ringkammer-Axialabschnitt 140 im Wesentlichen lediglich die erste Ringkammer-Stirnwand 41, wohingegen der zweite Ringkammer-Axialabschnitt 240 außer der zweiten Ringkammer-Stirnwand 42 auch den Ringkammer-Mantel 43 umfasst.
Dabei bildet die radial äußere Kante der ersten Ringkammer-Stirnwand 41 zusammen mit der freien axiale Kante des Ringkammermantels 43 eine Fügezone, in welcher die beiden Schallminderer-Axialabschnitte 100, 200 vorzugsweise stoffschlüssig gefügt werden können bzw. im Zusammenbauzustand, wie in 1 dargestellt, gefügt sind. Die Fügung kann bevorzugt durch Verschweißung, ggf. auch durch Verklebung, in Form einer umlaufenden, ringförmigen Schweiß- bzw. Klebenaht erfolgen. Zur rotativ korrekten Ausrichtung der beiden Schallminderer-Axialabschnitt 100, 200 sind im Bereich der Fügezone korrespondierende Formschlusselemente vorgesehen, die bei der dargestellten Ausführungsform als Axialnuten 141 am ersten Schallminderer-Axialabschnitt 100 und korrespondierende Axialstege 241 am zweiten Schallminderer-Axialabschnitt 200 ausgestaltet sind.
Die einander zugewandten Kanten der Hauptrohr-Axialabschnitte 110, 210 weisen jeweils eine zugeordnete Ringnut 111, 211 auf, in welchen der Schaum-Hohlzylinder formschlüssig gehalten ist.
Um den bei der dargestellten Ausführungsform hohl ausgebildeten Umströmungskörper 20 weitgehend dicht gegen das ihn im Betriebszustand umströmende Fluid zu machen, ist ein radial wirksamer Formschluss zwischen den beiden Umströmungskörper-Axialabschnitten 120, 220 vorgesehen. So weisen die einander gegenüberliegenden Kanten der Umströmungskörper-Axialabschnitte 120, 220 korrespondierende Ringabsätze 121, 221 auf, die im Zusammenbauzustand, wie in 1 erkennbar, einander überlappen. Diese können Träger zusätzlicher Dichtmittel, beispielsweise eines O-Rings, sein.
Mittels gestrichelter Linien ist in 1 eine mögliche Weiterbildung der Erfindung angedeutet. Bei dieser kontaktieren die Umströmungskörper-Axialabschnitte 120, 220 einander nicht direkt. Vielmehr ist ein den Umströmungskörper 20 vollumfänglich umlaufendes, zweites Fenster 21 vorgesehen, welches gegebenenfalls von einem nicht dargestellten, weiteren Schaum-Hohlzylinder ausgefüllt sein kann. Bei einer solchen Ausführungsform kann auch das Innere des hohlen Umströmungskörper 20 als zusätzliche Resonatorkammer ausgebildet sein, mittels welcher Schall von Frequenzen gemindert werden kann, die von der Schallminderungswirkung in der äußeren Ringkammer 40 nicht oder nur unzureichend beeinflusst werden.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere die Materialwahl des erfindungsgemäßen Schallminderers 1 kann an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden. Beim Hochtemperatur-Einsatz empfiehlt sich eine metallische Materialwahl. Im Gegensatz dazu kann beim Einsatz in niedrigeren Temperaturbereichen auf kostengünstige Kunststoffspritzguss-Lösungen zurückgegriffen werden. Typisches Einsatzgebiet der Erfindung ist die Schallminderung in Abgasleitungen oder Luftzuführleitungen von Kraftfahrzeugen, in Kältemittelleitungen von Klimaanlagen oder in anderen, von flüssigen oder gasförmigen Fluiden durchströmten Leitungen.
Bezugszeichenliste

1: Schallminderer
2: Anschlussrohr
10: Hauptrohr
11: Fenster in 10 / erstes Fenster
20: Umströmungskörper
21: Fenster in 20 / zweites Fenster
30: Strebe
40: Ringkammer
41: erste Ringkammerstirnwand
42: zweite Ringkammerstirnwand
43: Ringkammermantel
100: erster Schallminderer-Axialabschnitt
110: erster Hauptrohr-Axialabschnitt
111: Ringnut von 110
120: erster Umströmungskörper-Axialabschnitt
121: Ringabsatz von 120
130: Strebe
140: erster Ringkammer-Axialabschnitt
141: Radialsteg
200: zweiter Schallminderer-Axialabschnitt
210: zweiter Hauptrohr-Axialabschnitt
211: Ringnut von 210
220: zweiter Umströmungskörper-Axialabschnitt
221: Ringabsatz von 220
230: Strebe
240: zweiter Ringkammer-Axialabschnitt
241: Radialnut
300: Schaum-Hohlzylinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017126125 A1 [0002]

Claims

Schallminderer (1), umfassend ein Hauptrohr (10) und eine über wenigstens ein erstes Fenster (11) mit dem Inneren des Hauptrohres (10) schallleitend verbundene, im Übrigen geschlossene und das Hauptrohr (10) umlaufende, als Resonatorkammer wirksame Ringkammer (40), dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Hauptrohres (10) ein Umströmungskörper (20) angeordnet und mittels Streben (30; 130, 230) an der Innenwand des Hauptrohres (10) fixiert ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptrohr (10) einen ersten Hauptrohr-Axialabschnitt (110) und einen zweiten Hauptrohr-Axialabschnitt (210) umfasst und der Umströmungskörper (20) einen ersten Umströmungskörper-Axialabschnitt (120) und einen zweiten Umströmungskörper-Axialabschnitt (220) umfasst, wobei der erste Hauptrohr-Axialabschnitt (110) gemeinsam mit dem axial korrespondierenden, ersten Umströmungskörper-Axialabschnitt (120) sowie einem ersten Satz Streben (130) als ein erster Schallminderer-Axialabschnitt (100) einstückig ausgebildet ist und der zweite Hauptrohr-Axialabschnitt (210) gemeinsam mit dem axial korrespondierenden, zweiten Umströmungskörper-Axialabschnitt (220) sowie einem zweiten Satz Streben (230) als ein zweiter Schallminderer-Axialabschnitt (200) einstückig ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (40) aus einem ersten Ringkammer-Axialabschnitt (140) und einem zweiten Ringkammer-Axialabschnitt (240) zusammengesetzt ist, wobei der erste Ringkammer-Axialabschnitt (140) als ein zusätzliches Element des einstückigen, ersten Schallminderer-Axialabschnitts (100) ausgebildet ist und der zweite Ringkammer-Axialabschnitt (240) als ein zusätzliches Element des einstückigen, zweiten Schallminderer-Axialabschnitts (200) ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schallminderer-Axialabschnitt (100, 200) als ein einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Fenster (11) des Hauptrohres (10) mit einer ersten Wand aus Schaum gefüllt ist.
Schallminderer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Fenster (11) des Hauptrohres (10) als ein zwischen den beiden Hauptrohr-Axialabschnitten (110, 210) angeordneter, sich insbesondere vollständig über den Umfang des Hauptrohres (10) erstreckender, erster Spalt ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wand aus Schaum als ein den ersten Spalt überbrückender, zwischen den beiden Hauptrohr-Axialabschnitten (110, 210) und koaxial zu diesen gehaltener, erster Schaum-Hohlzylinder (300) ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaum-Hohlzylinder (300) axial beidseitig formschlüssig in je einer Ringnut (111, 211) gehalten ist, die in der ihm zugewandten Stirnseite des entsprechenden Hauptrohr-Axialabschnitts (110, 210) ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 8, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten der beiden Umströmungskörper-Axialabschnitte (120, 220) korrespondierende Formschlussstrukturen aufweisen, die gemeinsam eine formschlüssige Verbindung der beiden Umströmungskörper-Axialabschnitte (120, 220) zu besagtem Umströmungskörper (20) bilden.
Schallminderer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (20) ein im Längsschnitt entlang der Längsachse des Hauptrohres (10) stromlinienförmiges Profil aufweist.
Schallminderer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Umströmungskörper (20) wenigstens über die axiale Länge der Ringkammer (40) erstreckt.
Schallminderer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (20) hohl ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (20) wenigstens ein zweites Fenster (21) aufweist, über welches sein als zusätzliche Resonanzkammer wirkendes Inneres schallleitend mit dem Inneren des Hauptrohres (10) verbunden ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Fenster (21) mit einer zweiten Wand aus Schaum gefüllt ist.
Schallminderer (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 14, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Fenster (21) als ein zwischen den beiden Umströmungskörper-Axialabschnitten (120, 220) angeordneter, sich vollständig über den Umfang des Umströmungskörpers (20) erstreckender, zweiter Spalt ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wand aus Schaum als ein den zweiten Spalt überbrückender, zwischen den beiden Umströmungskörper-Axialabschnitten (120, 220) und koaxial zu diesen gehaltener, zweiter Schaum-Hohlzylinder ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaum-Hohlzylinder axial beidseitig formschlüssig in je einer Ringnut gehalten ist, die in der ihm zugewandten Stirnseite des entsprechenden Umströmungskörper-Axialabschnitts (120, 220) ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 17, soweit rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringkammer-Axialabschnitte (140, 240) einander direkt kontaktieren und entlang einer gemeinsamen Kontaktlinie axial fest, insbesondere stoffschlüssig, bevorzugt durch eine Verschweißung, miteinander verbunden sind.
Schallminderer (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringkammer-Axialabschnitt (140) eine erste Ringkammerstirnwand (41) umfasst und der zweite Ringkammer-Axialabschnitt (240) eine zweite Ringkammerstirnwand (42) sowie einen an dieser ansetzenden und sich axial bis zur ersten Ringkammerstirnwand (41) erstreckenden Ringkammermantel (43) umfasst, wobei der radial äußere Rand der ersten Ringkammerstirnwand (41) und der freie axiale Rand des Ringkammermantels (43) Kontaktstrukturen aufweisen, an denen besagte Kontaktlinie ausgebildet ist.
Schallminderer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (30; 130, 230) in axialer Richtung schräg verlaufen, wobei die Streben des ersten Satzes Streben (130) und die Streben des zweiten Satzes Streben (230) von radial außen nach radial innen aufeinander zulaufen.