DE1049637B

DE1049637B - Schalldämpfer für pulsierende Strömungen

Info

Publication number: DE1049637B
Application number: DENDAT1049637D
Authority: DE
Inventors: Eßlingen/Neckar Dr.-Ing. Herbert Martin
Original assignee: Fa. J. Eberspächer, Eßlingen/ Neckar
Publication date: 1959-01-29

Description

DEUTSCHES

£3 J,

Gegenstand der Erfindung ist ein Schalldämpfer für pulsierende Strömungen. Hierbei sollen die Dämpfungskammern durch mehrere Gaskanäle verbunden sein, die eine unterschiedliche Länge und gegebenenfalls verschiedene Querschnitte aufweisen.

Schalldämpfer in dieser Bauart sind an sich bekannt. Erreicht wird damit, daß die Übertragungskanäle verschiedene akustische Leitwerte haben, d. h. daß die Schallenergieübertragting des einen Rohres stärker als die des anderen ist. Derjenige Schallenergieanteil, der am stärksten in einer solchen Einzelleitung übertragen wird, ist daher maßgebend für die Sohallübertragung in die folgende Kammer, d. h. dieses Teilge'räusdh tritt im stärksten Maße hervor · _: und überdeckt zum Nadhteil der Dämpfung die weniger stark übertragenen Energieanteile der anderen Leitungen.

Derartige Schalldämpfer weisen jedoch Nachteile auf, weil wegen der Endlichkeit der Glieder immer zusätzliche Resonanzen und damit Lautstäfkeüber- _ao höhungen und Leistungseinbrüche entstehen. Sind aus baulichen Gründen noch darüber (hinaus die Grenzfrequenzen und Wellenwiderstände der einzelnen Glieder stark verschieden, so treten Entkopplungen auf, die wiederum Resonanzen erzeugen. _z§

Erfindungsgemäß werden diese genannten Nachteile dadurch beseitigt, daß der akustische Reibungswiderstand dieser Gaskanäle zwischen dem doppelten und zwölffadhen Wert des Wellenwiderstandes liegt, wobei die Gäskanäle unrund, insbesondere rechteckig ausgebildet sein sollen. Die Summe aller akustischen Reibungswiderstände im Dämpfer beträgt dabei i?_ßi,<; 120 000 · ρ. Bei einer anderen Ausführungsform dieser Bauart soll der akustische Reibungswiderstand größer als der akustische .Massenwiderstand sein; er soll insbesondere den zwei- bis zwölffachen Wert des letzteren erreichen.

Der Quotient vom akustischen Reibungswiderstand zum äkustisehen Federungswiderstand soll größer als »1« sein. ' · ■

■ In an sich bekannter Weise soll die Länge der Kanäle (bzw. Stromfäden) linear oder logarithmisch gestaffelt, sein und sollen, ihre Ein- und/oder Austrittsmündungen· in verschiedenen Ebenen liegen. Die mittlere Dufchflußgeschwindigkeiit in den Kanälen soll größer als 25 m/sec sein.

Die Abstimmung mehrerer Resonatoren untereinander kann in am sich bekannter Weise gesetzmäßig verlaufen, und zwar soll insbesondere das Folgende erreicht werden:

Sie sollen untereinander bis auf 20% gleiche Grenzfrequenzen oder untereinander bis auf 20% gleichen Wellenwiderstand oder untereinander alle die vorgenannten Merkmale aufweisen; sie sollen mit nach Schalldämpfer
für pulsierende Strömungen

Anmelder:

Fa. J. Eberspächer,
Eßlingen/Neckar, Eberspächerstr. 24

Dr.-Ing. Herbert Martin, Eßlingen/Neckar,
ist als Erfinder genannt worden

geometrisch zu- oder abnehmender Reihe in bezug auf die Grenzfrequenz und/oder auf den Wellenwiderstand ausgerichtet sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und Beschreibung. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes, wobei die beiden letzten Kammern durch Kanäle verbunden sind,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig.l,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer einer anderen Ausführungsart, wobei ein Trennblech zwischen zwei Mehrfachwänden statt Kanälen angeordnet ist,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie C-D und

Fig. 5 und 6 Schalldruckdiagramme zum Erfindungsgegenstand.

Es sind bereits Schalldämpfer bekanntgeworden, die allein mit Interferenz den Schall zu dämpfen versuchten. Solche Dämpfer weisen lediglich parallel unterteile Kanalverzweigungen auf, wobei die Kanäle — linear gestaffelt — verschieden lang sind. Derartige Dämpfer beeinflussen die Leistung erheblich, weil sie nicht in Kombination mit Expansionskammern geschaltet sind; ihre Dämpfung in in bezug auf den Interferenzeffekt ale völlig ungenügend zu betrachten. ' ■...'■■ .

Erfindungsgemäß kann also im vorliegenden Fall die Vielzahl der Schall- bzw. Stromführungen in Form von Gaskanälen, Spalten, Stromfäden oder ähnlich ohne gemeinsamen Anfangsabzweigungs- undWiederzusammenmündungspunkt in beliebigem räumlichem Verlauf, also auch in gestreckter Ausführung angeordnet werden. Wesentlich ist hierbei, daß die einzelnen Stromführungen möglichst verschiedene Längen aufweisen, die am vorteilhaftesten : logarithmisch

. 809 747/255

untereinander gestaffelt sind. Dadurch werden einheitlich Längsresonanzen einheitlicher Amplitude sowohl in den Kanälen wie in den Dämpferkammern vermieden. . . .

Die Reibungsdämpfung ist nun spürbar, wenn die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen erfindungsgemäß 25 m/sec erreicht oder besser überschreitet und wenn möglichst zehn Kanäle oder mehr gleichzeitig parallel als eine gemeinsame Druckstufe durchflossen werden, wobei die Ein- und/oder Austrittskanalstellen in an sich bekannter Weise an verschiedenen Stellen münden.

Ferner sollen die Kanalwände zwecks Dämpfungserhöhung möglichst -rauh und ihr hydraulischer Durchmesser

_ _ 4F
:·,■■■■■ ^hydT xj

möglichst klein sein, was durch großen Umfang erreicht wird. Die Wände sind deshalb nicht rund, sondern erfindungsgemäß flach oder rechteckig.

Weiter ist es von besonderem Vorteil, wenn erfindungsgemäß die Kanäle jeweils im Strömungsaustritt eine als Kugelsträhler höherer Ordnung wirkende Auslaufbrause besitzen. Wie beispielsweise in Fig. 3 erkennbar, ist am Schalldämpferende das Austrittsrohr vorgesehen, dessen nach innen weisendes Ende als Auflaufbrause ausgebildet ist, die als Kugelstrahler höherer Ordnung wirksam wird. Sinngemäß können derartige Brausen an den Kanalenden 4 angeordnet sein.

Schließlich soll erfindungsgemäß eine Reinigungsmöglichkeit der Kanäle vorgesehen werden, dergestalt, daß die Kanäle aus in ihrer Längsachse herausziehbaren Halbschalen zusammengesetzt sind. Hierbei sind z. B. je zehn Kanäle vorgesehen; ,sie können z. B. in ringförmiger Anordnung in einer gegossenen Querwand festgehalten sein, so daß Genauigkeit in der Herstellung garantiert ist, d. h. Leckstellen (Schallbrücken) vermieden werden.

,.Erfindungsgemäß sail weiter zwecks leichter Demontierbarkeit und aus akustischen Gründen eine s.chwach konische Aufweitung vorgesehen werden. Durch diese konische Ouerschnittszur oder -abnähme wird entweder die Leistung oder die Dämpfung verbessert, weil Diffusoreffekt oder reflexionsfreier Abschluß erzielt wird.

Der akustische Reibungswiderstand ergibt sich bei Ein- und Zweizylinder-Zweitaktmotoren dabei zu

= 2,25

W_n

hyär

bei Viertakt-Ein- und Zweizylindermotoren ist

= 3

W_n

hydr

bei Viertakt-Vierzylindermotoren ist

W_n

F,

Jiydr

worin W₀ die mittlere Geschwindigkeit des heißen Mediums und F_hy,_dr den !hydraulischen Querschnitt :und ρ die Dichte bedeuten.

; Der akustische Wellenwiderstand errechnet sich daher in bekannter Weise zu

-U — a ■ c

F-V '

: Gemäß Fig. 1 sind die Kammern 2 und 3 eines .Schalldämpfers durch die parallel geschalteten, bevorzugt gestreckten Kanäle 4 von flachem, etwa rechteckigem Querschnitt verschiedener Länge verbunden, deren Ein- und Austrittsöffnungen nacheinander in verschiedenen Ebenen münden. Mit 1 ist eine Vorkammer bezeichnet. Die Querschnitte der gegebenenfalls mit kontraktionsfreiem Einlauf versehenen Kanäle sind so bemessen, daß die Abgasgeschwindigkeit 25 m/sec übersteigt. Der Dämpferteil steht dabei in Verbindung mit einem widerstandskompensierenden Eingangsdiffusor.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung von Durchbrüchen 5, bei der zahlreiche Stromfäden verschiedener Länge, beispielsweise nach einer logaritihmischen Spirale zwischen zwei Meihrfadhwänden 6 angeordnet verlaufen, wobei letztere als innere Dämpferböden ausgebildet sind. (In Fig. 4 ist ein Trennblech 7 in Ansicht gezeigt, dessen Öffnungen 5 in einer z. B. logarithmischen Spirale angeordnet sind.) Hierzu kann aus der durch Erregung experimentell festgestellten Eigenfrequenz f_res der Wellenwiderstand §■„ auch ^; nach der Foraiel

und der akustische Reibungsswiderstand aus dem für wellenfreies, fließendes, kaltes Medium experimentell '■■ ermittelten und für heißes Medium umgerechneten reinen statischen barometrischen Druckverlust leicht ermittelt werden.

Der experimentelle Beweis für die Wirkung des Erfindungsgedankens wird wie folgt erbracht:

Aufgenommen sind in Fig. 5 und 6 die Innendruck-Zeitkurven bei Erregung eines Einzelresonators mit pulsierend fließendem Medium bei den akustischen Abschluß Verhältnissen R_akf% ~ = 0,1 und > 2. Danach ist in der Tat aperiodische Dämpfung der Schwingung erreicht. Der äußere Druck im Schallfeld zeigt übrigens durch die innere aperiodische Dämpfung dabei eine Lautstärkeabsenkung für die vorliegende Grundfrequenz von etwa 15 db.

Der erfinduingsgemäße Vorschlag eignet sich natürlich sowohl für die Ansaugseite wie die Auspuffseite von Motoren jeglicher Art.

Claims

Patentansprüche:

1. Schalldämpfer für pulsierende Strömungen mit Dämpfungskammern, die durch mehrere Gaskanäle verbunden, sind und die eine unterschiedliche Länge und gegebenenfalls verschiedenen Querschnitt aufweisen, wobei davorliegende Diffu^ soren und/oder Einlaufleitungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Reibungswiderstand dieser Gaskanäle zwischen dem doppelten und zwölffachen Wert des Wellenwiderstandes liegt, wobei die Gaskanäle unrund, insbesondere rechteckig ausgebildet sind.

2. Sdhailldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aller akustischen Reibungswiderstände im Dämpfer R_ak <[ 120 000■■ ρ.

3. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Reibungswiderstand größer als der akustische Massenwiderstand wird, insbesondere den zwei- bis zwölffachen Wert des letzteren erreicht.

4. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, ' dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient von akustischem Reibungswiderstand zu akustischem Federungswiderstand > 1 ist.

5. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Längen der Kanäle bzw. Stromfäden

linear oder logarithmisch gestaffelt sind und ihre Ein- und/oder Austrittsmündungen in verschiedenen Ebenen liegen.

6. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Durchflußgeschwindigkeit in den Kanälen gleich oder größer als 25 m/sec ist.

7. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Abstimmung mehrerer Resonatoren untereinander gesetzmäßig verläuft, insbesondere entweder

a) mit untereinander bis auf 20% gleicher Grenzfrequenz oder

b) mit untereinander bis auf 20% gleichem Wellenwiderstand oder

c) mit a) und b) gleichzeitig, oder

d) mit nadh geometrisch zu- oder abnehmbarer Reihe in bezug auf die Grenzfrequenz und/oder auf den Wellenwiderstand.

8. Schalldämpfer nadh den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle einen konisch zu- oder abnehmenden Ouerschnittsverlauf aufweisen.

9. Schalldämpfer nadh den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle aus in ihrer Längsachse herausziehbaren Hälbschalen zusammengesetzt und in gegossene Querwände eingesetzt sind.

10. Schalldämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Gaskanäle zur Hauptachse des Dämpfers ■— zwecks Demontageerleichterung — geneigt ist.

11. Schalldämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Kanälen im Bereich des Strömungsaustrittes eine Auslauf brause zugeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 673 447.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen