DE10219964B4

DE10219964B4 - Hochfrequenzdämpfer

Info

Publication number: DE10219964B4
Application number: DE10219964A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dipl.-Wirtsch.-Ing. Türk; Dietrich Prof. Dr.-Ing. Denker
Original assignee: Umfotec Umformtechnik GmbH; Umfotec GmbH
Current assignee: DENKER, DIETRICH, PROF. DR.-ING., DE; Umfotec GmbH
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2022-05-04
Also published as: DE10219964A1

Abstract

Vorrichtung zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche in Rohrleitungssystemen, insbesondere von Turboladern an Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Rohrstück mit Anschlüssen, wobei das Rohrstück (10) eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung (11) aufeinanderfolgenden Ringspalten (6, 6') aufweist, die von Außenkonturen (5) gebildet werden, die über Innenkonturen (4) miteinander verbunden sind und die Ringspalte (6) eine geringere Breite (8) aufweisen als die benachbarten Innenkonturen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) zusätzlich zu den Ringspalten (6) geringer Breite (8) noch mindestens einen Ringspalt (6') größerer Breite (8') aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche in Rohrleitungssystemen, insbesondere von Turboladern an Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Rohrstück mit Anschlüssen, wobei das Rohrstück eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Ringspalten aufweist, die von Außenkonturen gebildet werden, die über Innenkonturen miteinander verbunden sind und die Ringspalte eine geringere Breite aufweisen als die benachbarten Innenkonturen.
Derartige Geräusche kommen beispielsweise in einem Frequenzbereich von 10 bis 15 kHz bei Abgasturboladern vor, die in Folge hoher Drehzahlen hochfrequente Drehklanganteile durch fertigungsbedingte Verzüge (z. B. Schaufeln) aufweisen. Diese Klangkomponenten werden häufig überwiegend über den Druckstutzen der Turbolader abgestrahlt und können die sich anschließenden Baugruppen ihrerseits zu diversen Eigenformen anregen.
Aus der WO 97/09527 A1 ist ein Schalldämpfer zur Luftschallabsenkung der Geräuschkulisse eines Turboladers in Brennkraftmaschinen bekannt. Dabei handelt es sich um ein drehzahlabhängiges Geräusch, das laderindividuell hauptsächlich im unteren kHz-Bereich störend ist. Das zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine liegende Lufteinlassrohr wird dabei im Inneren mit Blenden oder Kulissen bestückt, wobei die Blendenöffnungen mindestens die lichte Weite des Einlasses und des Auslasses haben und mit diesen fluchten. Die zwischen den Blenden liegenden Zwischenräume bilden für die durchströmende Luft Resonanzkammern, die durch Wahl unterschiedlicher Öffnungsdurchmesser oder unterschiedlicher Blendenabstände vorzugsweise im Frequenzbereich von 2 bis 5 kHz liegen.
Nachteilig bei diesem bekannten Schalldämpfer ist, dass er insbesondere für Strömungsgeräusche im Bereich zwischen 10 und 15 kHz nicht geeignet ist. Die einzelnen Kammern sind bei dem bekannten Schalldämpfer durch die Blenden bzw. Kulissen getrennt. Eine Vergrößerung der Abstände zwischen zwei Kammern ist zum einen nicht vorgesehen und bedeutet zum anderen eine Verdickung der Blende bzw. Kulisse und damit eine Vergrößerung der Masse. Weiterhin ist die Fertigung eines derartigen Schalldämpfers relativ aufwendig und teuer.
Aus der US 6 056 018 A ist eine Vorrichtung zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche in Rohrleitungssystemen bekannt. Die bekannte Vorrichtung besteht aus einem Rohrstück mit Anschlüssen, wobei das Rohrstück eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung aufeinander folgenden Ringspalten aufweist. Die Ringspalte werden von Außenkonturen gebildet, die über Innenkonturen miteinander verbunden sind. Die Ringspalte weisen ganz offensichtlich eine geringere Breite als die benachbarten Innenkonturen auf.
Derartige Rohrstücke sind im Sinne von flexiblen Schläuchen konzipiert, um einen gewissen Versatz auszugleichen. Zugleich sollen die selbsterzeugten Strömungsgeräusche und Schwingungen vermindert werden. Nachteilig dabei ist, dass derartige Vorrichtungen nur für einen relativ engen Frequenzbereich ausgelegt sind. Mit flexiblen Wellenschläuchen kann effizient nur Körperschall gedämpft werden. Eine effiziente Luftschalldämpfung ist damit praktisch nicht möglich.
Weiterhin ist aus der DE 92 10 126 U1 ein flexibler gewellter Schlauch für flüssige und/oder gasförmige Medien bekannt. Auch diese Vorrichtung soll Strömungsgeräusche vermindern. Sie besteht ebenfalls aus einem gewellten Schlauch, der eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung aufeinander folgenden Ringspalten aufweist. Die Ringspalte werden von Außenkonturen gebildet, die über Innenkonturen miteinander verbunden sind. Die Ringspalte weisen dabei eine geringere Breite auf als die benachbarten Innenkonturen. Auch mit dieser Vorrichtung soll die Aufgabe gelöst werden, durch einen Einsatz dieser Schläuche entstehende Schwingungen weitgehend zu vermeiden. Auch hier entnimmt der Fachmann lediglich die Lehre, die Ringspalte gleich groß und gegenüber den dazwischen liegenden Konturen mit kleinerer Dicke auszubilden. Auch diese Vorrichtungen sind nur für ein relativ enges Dämpfungsspektrum geeignet.
Aus der DE 196 41 806 A1 ist ebenfalls ein ringgewellter Schlauch oder Balg bekannt. Dieser Schlauch besteht ebenfalls aus einem Rohrstück mit Anschlüssen, wobei das Rohrstück eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung aufeinander folgenden Ringspalten aufweist, die von Außenkonturen gebildet werden und die über Innenkonturen miteinander verbunden sind. Dabei weisen die Ringspalte ebenfalls eine geringere Breite auf als die benachbarten Innenkonturen.
Nachteilig bei dieser bekannten Ausführungsform ist, dass zur Erzielung besserer Dämpfungseigenschaften ein Teil der Flanken mit in Radial- und/oder Umfangsrichtung verlaufenden Profilierungen versehen ist. Dies führt zu einer relativ aufwendigen und kostenintensiven Versteifung der Flanken.
Weiterhin ist aus der DE 195 24 394 C1 ein Dehnschlauch mit einem Armierungsgeflecht bekannt, der eine wellrohrförmige Innenschicht aufweist. Die wellrohrförmige Innenschicht besteht dabei im Wesentlichen aus einer Mehrzahl in Längsrichtung aufeinander folgender Ringspalte, die von Außenkonturen gebildet werden, die über Innenkonturen miteinander verbunden sind. Die Ringspalten weisen dabei eine im Wesentlichen gleiche Breite wie die benachbarten Innenkonturen auf. Die Wellenform der Innenschicht kann dabei zu den stirnseitigen Enden hin in glatte Bereiche auslaufen. Dies erweist sich dann als vorteilhaft, wenn Anschlussarmaturen verwendet werden, welche üblicherweise für glatte Schläuche verwendet werden.
Auch hierbei ist nachteilig, dass ein nur relativ enges Dämpfungsspektrum erzeugt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Dämpfer zu schaffen, der insbesondere in einem Bereich zwischen 10 und 15 kHz optimal zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche beiträgt und der relativ kostengünstig und einfach herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass das Rohrstück zusätzlich zu den Ringspalten geringer Breite noch mindestens einen Ringspalt größerer Breite aufweist.
Überraschend lässt sich bereits durch einen zusätzlichen Ringspalt größerer Breite die Dämpfungsbreite erheblich verbessern. Dabei kann auf zusätzliche Versteifungen und aufwendige, komplizierte Formen verzichtet werden, so dass eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich ist. Durch die Ausbildung als starres Rohr wird eine effiziente Luftschalldämpfung erzielt.
Dadurch, dass Resonanzkammern in Form von aufeinanderfolgenden Ringspalten vorhanden sind, die von Außenkonturen gebildet werden und die über Innenkonturen miteinander verbunden sind, kann zur optimalen Frequenzabstimmung die Breite der Ringspalte und die Breite der die Ringspalte voneinander trennenden Innenkonturen optimal aufeinander abgestimmt werden, ohne dass sich hierfür die Masse wesentlich ändern muss.
Zugleich ist es möglich, das Rohrstück einstückig auszubilden, so dass es einfach und kostengünstig gefertigt werden kann. Die Ringspalte wirken dabei als radial ausgerichtete λ/4-Resonatoren. Dadurch, dass die Ringspalte eine geringere Breite aufweisen als die benachbarten Innenkonturen, kann für den gewünschten Frequenzbereich eine verbesserte Dämpfung erzielt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ringsspalttiefen der einzelnen Ringspalte unterschiedlich ausgebildet. Dadurch können besonders breitbandige Schallabsenkungen erzielt werden.
Gemäß einer weitern bevorzugen Ausführungsform der Erfindung ist das Rohrstück an seiner Außenkontur von einem Mantel umschlossen.
Die im Hochfrequenzbereich bei Rohren üblicher Abmessungen vorherrschenden Quermoden der eingeschlossenen Medien (z. B. Luft) können die Rohrwandung zu diversen Eigenformen anregen, die die Dämpfungswirkung stören könnten. Durch den Mantel, der beispielsweise als ein Rohr ausgebildet ist und bündig mit dem Rohrstück kombiniert wird, kann durch Reibungseffekte ein Energieverzehr gewährleistet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Außenkonturen, die den Ringspalt bilden, konkav und die Innenkonturen konvex ausgebildet. Es ist aber auch möglich, die Außen- und Innenkonturen mit einem eckigen Querschnitt zu versehen. Grundsätzlich ist es auch möglich die Außen- und Innenkonturen mit unterschiedlichen Querschnitten zu versehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mantel als ein Metallgestrick ausgebildet. Durch das Metallgestrick kann eine Körperschalldämmung erzielt werden. Das Metallgestrick kann aber auch zusätzlich zu dem rohrförmig ausgebildeten Mantel angeordnet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können hochfrequente Strömungsgeräusche einer Frequenz von 5 bis 20 kHz abgesenkt werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schallabsenkung für hochfrequente Strömungsgeräusche einer Frequenz von 10 bis 15 kHz optimiert.
Das Rohrstück und der Mantel sind nach einer Ausführungsform aus metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise Stahl, ausgebildet. So lässt sich insbesondere das Rohrstück leicht durch Verformung einer Rohrwandung herstellen. Durch die Verwendung von metallischen Werkstoffen ist die Vorrichtung daher besonders zur Verwendung von hohen Temperaturen und Drücken sowie bei geringen Bauräumen geeignet.
Bei einer metallischen Ausführung kann eine kostengünstige Fertigung über geeignete Druckbeaufschlagung von Halbzeugrohren realisiert werden. Bei Verwendung von Kunststoffen lassen sich alternativ Blasformtechniken anwenden. Grundsätzlich ist aber auch eine Kombination von metallischen Werkstoffen und Kunststoff oder Elastomeren möglich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist.
Es zeigt:
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche im Schnitt mit einem zusätzlichen Ringspalt größerer Breite.
Eine Vorrichtung zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche 1 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Anschluss 2, einem Rohrstück 10, einem zweiten Anschluss 3 und einem nicht weiter dargestellten Mantel.
Das Rohrstück 10 weist an seinem ersten Ende den ersten Anschluss 2, der beispielsweise als Einlass ausgebildet ist, und an seinem gegenüberliegenden Ende den zweiten Anschluss 3 auf, der beispielsweise als Auslass ausgebildet ist. Das Rohrstück 10 weist eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung, d. h. in Richtung einer Längsachse 11, aufeinanderfolgenden Ringspalten 6 auf. Die Ringspalte 6 sind konkav geformt und bilden Resonanzkammern. Benachbarte Ringspalte 6 sind jeweils über eine konvex geformte Innenkontur 4 miteinander verbunden. Die Ringspalte 6 bzw. die Außenkonturen 5 weisen eine Breite 8 auf, die geringer ist als die Breite 9 der Innenkonturen 4. Zusätzlich zu den Ringspalten 6 geringer Breite 8 ist noch (mindestens) ein Ringspalt 6' größerer Breite 8' angeordnet. Die zusätzlichen Ringspalte 6' können somit eine Breite 8' aufweisen, die kleiner, gleich oder größer ist als die Breite 9 der Innenkonturen 4 und die größer als die Breite 8 der Ringspalte 6 ist.

Claims

Vorrichtung zur Absenkung hochfrequenter Strömungsgeräusche in Rohrleitungssystemen, insbesondere von Turboladern an Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Rohrstück mit Anschlüssen, wobei das Rohrstück (10) eine geformte Rohrwandung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung (11) aufeinanderfolgenden Ringspalten (6, 6') aufweist, die von Außenkonturen (5) gebildet werden, die über Innenkonturen (4) miteinander verbunden sind und die Ringspalte (6) eine geringere Breite (8) aufweisen als die benachbarten Innenkonturen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) zusätzlich zu den Ringspalten (6) geringer Breite (8) noch mindestens einen Ringspalt (6') größerer Breite (8') aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspalttiefen (12) der einzelnen Ringspalte (6, 6') gleich ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspalttiefen (12) der einzelnen Ringspalte (6, 6') unterschiedlich ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkonturen (5) konkav und die Innenkonturen (4) konvex ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und Innenkonturen (5, 4) einen eckigen Querschnitt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) an seiner Außenkontur (5) von einem Mantel umschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel als ein Rohr ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel als ein Metallgestrick ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, so ausgebildet, dass hochfrequente Strömungsgeräusche einer Frequenz von 5 bis 20 kHz abgesenkt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, so ausgebildet, dass hochfrequente Strömungsgeräusche einer Frequenz von 10 bis 15 kHz abgesenkt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) und der Mantel aus metallischen Werkstoffen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Stahl als metallischer Werkstoff verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) und der Mantel aus einem Kunststoff ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) und der Mantel aus einem Elastomer ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (10) und der Mantel aus einer Kombination von metallischem Werkstoff und Kunststoff ausgebildet sind.