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Resonanzschalldämpfer mit Ringspalt Resonanzschalldämpfer, die am
Anfang oder am Ende einer Rohrleitung angeschlossen sind und aus einer Resonatorkammer
mit einem stirnseitigen Dämpferrohrstutzen bestehen, sind bekannt. Derartige Schalldämpfer
werden bei gegebenem Resonatorvolumen durch entsprechende Dimensionierung der Länge
und des Querschnitts des Dämpferrohrstutzens abgestimmt. In vielen Fällen ist es
aus räumlichen Gründen jedoch nicht möglich, den Dämpferrohrstutzen in der erforderlichen
Länge auszuführen.
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Man hat schon vor der mit einem zentralen Durchbruch oder einem in
die Resonatorkammer hineinragenden Rohrstutzen versehenen Stirnwand der Resonatorkammer
in einigem Abstand einen Wandteil vorgesehen, durch den ein radial durchströmter
Ringspalt erzeugt wird. Das in die Rohrleitung einströmende Gas tritt am Umfang
in den Ringspalt ein, strömt durch die zentrale Öffnung der Kammerstirnwand in die
Kammer ein und gelangt von dort aus in die meist an die gegenüberliegende Kammerstirnwand
angeschlossene Rohrleitung. Wenn der Schalldämpfer am Ausströmende einer Rohrleitung
angeordnet ist, so erfolgt die Durchströmung in umgekehrter Richtung. Der radiale
Ringspalt wurde jedoch bei dieser Anordnung bisher nicht zur Abstimmung der Resonatorkammer
herangezogen, sondern bildet lediglich einen ringförmigen Strömungskanal.
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Es sind auch schon Schalldämpfer mit und ohne Dämpferkammer bekanntgeworden,
bei denen die Begrenzungswände eines radial durchströmten Ringspaltes eine Verkleidung
mit Schallschluckmaterial aufweisen. Der Ringspalt trägt dabei zur Schalldämpfung
lediglich durch die schallschluckende Auskleidung seiner Begrenzungswände bei. Wegen
der Gefahr des Unbrauchbarwerdens durch Zusammensacken, Zerrütten und Verstauben
kann aber derartiges Schallschluckmaterial oft nicht verwendet werden.
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Die Erfindung bezweckt, bei Resonanzschalldämpfern mit Resonatorkammer
und radial durchströmtem Ein- bzw. Austritts-Ringspalt auf einfache, raumsparende
Weise ohne Verwendung von Schallschluckmaterial eine wirksame Schalldämpfung zu
erzielen und erreicht das durch eine bestimmte Bemessung des Ringspaltes.
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Um die notwendige Länge und den zulässigen Querschnitt des Ringspaltes
zu begrenzen, wurden folgende überlegungen angestellt: Die Resonanzfrequenz f,.es
eines Helmholtz-Resonators ist bekann-
Dabei bedeutet: c = Schallgeschwindigkeit in Luft, G = akustischer Leitwert der
öffnung des Hehnholtz-Resonators und V = Volumen des Helmholtz-Resonators.
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Je tiefer die Helmholtz-Resonanz eines Schalldämpfers liegt, desto
besser ist seine Schalldämpfung für Töne oberhalb der Resonanzfrequenz.
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Durch die Größe des akustischen Leitwertes G kann die Resonanzfrequenz
beeinflußt werden. Für eine Bohrung mit dem Radius r1 ist bekanntlich der akustische
Leitwert G1 = 2r1. Für einen Ringspalt mit der radialen Ausdehnung a und der kleinsten
Querschnittsfläche F1 sowie der größten Querschnittsfläche F2 ist der akustische
Leitwert
Der akustische Leitwert des aus der Bohrung und dem Ringspalt bestehenden Pilzspaltes
ist
Damit der Ringspalt in lohnendem Ausmaß akustisch wirksam ist, sei als Mindestforderung
gesetzt G2 < 2 G1, womit sich bei einem Resonanzschalldämpfer mit Ringspalt eine
zusätzliche Geräuschminderung von etwa 3,5 db gegenüber einem Resonanzschalldämpfer
mit nur stirnseitiger Bohrung ergibt. Um die radialen Abmessungen klein zu halten,
wurde des weiteren die Voraussetzung gemacht, daß die größte im
Sinne
der Erfindung wirksame Ringspaltquerschnittsfläche F, kleiner oder höchstens gleich
dem Vierfachen der Querschnittsfläche der zentralen Durchtrittsöffnung der Kammerstirnwand
bzw. des engsten Ringspaltquerschnitts sein soll. Es ergibt sich dann rechnerisch
als radiale Mindestausdehnung des Ringspaltes
worin F" die Querschnittsfläche der zentralen Durchtrittsöffnung der Kammerstirnwand
und F""1" die kleinste Querschnittsfläche des Ringspaltes bedeutet.
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Eine wirksame Schalldämpfung wird bei einem Resonanzschalldämpfer,
der am Anfang oder am Ende einer Rohrleitung angeschlossen ist und vor einer mit
einem zentralen Durchbruch oder einem in die Resonatorkammer hineinragenden Rohrstutzen
versehenen Stirnwand des Kammergehäuses einen in etwa radialer Richtung durchströmten
Ein- bzw. Austrittsringspalt hat, der durch einen vor der Kammerstirnwand angeordneten
Wandteil gebildet wird, also erfindungsgemäß durch eine derartige Gestaltung des
Ringspaltes erreicht, daß die radiale Abmessung des Ringspaltes innerhalb der die
Größe des radialen Spaltquerschnitts den vierfachen Wert des kleinsten Durchtrittsquerschnitts
nicht überschreitet, größer als die Quadratwurzel des kleinsten Durchschnittsquerschnitts
ist. Hierbei kann der kleinste Durchtrittsquerschnitt auch der Querschnitt der zentralen
Durchtrittsöffnung bzw. eines in die Kammer hineinragenden Rohrstückes der Kammerstirnwand
sein. Die erfindungsgemäße Bedingung kann in verschiedener Weise für die ganze radiale
Abmessung des Ringspaltes oder die radiale Abmessung nur eines Ringspaltabschnitts
bzw. die Summe der radialen Abmessungen konzentrischer Ringabschnitte des Spaltes
verwirklicht werden.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung schematisch
dargestellten Beispielen erläutert. Hierbei ist durchweg das. Kammergehäuse mit
1 und die an dessen Stirnwand angeschlossene Rohrleitung mit 6 bezeichnet.
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Fig. 1 zeigt einen bekannten Resonanzschalldämpfer, bei dem in die
der Rohrleitung 6 gegenüberliegende Stirnwand der Resonatorkammer 1 ein Dämpferrohr
2 mit der Länge l und dem lichten Querschnitt Fb eingesetzt ist.
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Nach Fig. 2 bis 4 ist das in Fig. 1 gezeigte Dämpferrohr 2 durch einen
radialen Ringspalt 3 ersetzt, der durch die Kammerstirnwand 7 und einen dieser vorgelagerten
Wandteil 8 gebildet ist. Die Kammerstirnwand 7 hat entweder eine zentrale Öffnung
5 (Fig. 2 und 3) oder einen in die Resonatorkammer hineinragenden Rohrstutzen 9
(Fig. 4). Der Durchtrittsquerschnitt der Öffnung 5 oder des Rohrstutzens 9 ist mit
Fb, der Durchtrittsquerschnitt des Ringspaltes 3 ist mit F, und der kleinste Querschnitt
des Ringspaltes mit F""i" bezeichnet. Der kleinste Durchgangsquerschnitt F"i" des
ganzen Systems kann Fb oder F, i, sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 haben die Kammerstirnwand
7 und der dieser vorgelagerte Wandteil 8 parallele ebene Flächen. Ihr Abstand ist
also an allen Stellen gleich, so daß der Querschnitt des Durchtrittsspaltes nur
von dem radialenAbstand r von der Kammerachse abhängig ist. Bei dieser Anordnung
nimmt die Größe des Spaltquerschnitts F, nach außen hin rasch zu. Die Querschnittänderung
ist proportional r, wie es aus dem Schaubild Fig. 6 hervorgeht. Hierbei ist angenommen,
daß der kleinste Durchtrittsquerschnitt F"i" = Fb ist. Die erfindungsgemäßen
Bedingungen für eine gute Schalldämpfung sind erfüllt, wenn die radiale Länge a
des Ringspaltes 3 zwischen den Spaltquerschnitten F""1" und 4 F"i" größer
als F.7 ist. Diese Bedingung kann mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung
meist nur schwer erfüllt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegt einer ebenen Kammerstirnwand
7 ein mit einer konkav gewölbten Ringfläche versehener Wandteil 8 gegenüber, der
bewirkt, daß die Breite des Durchtrittsspaltes mit zunehmendem Abstand r von der
Kammerachse abnimmt und daher die Zunahme des Spaltquerschnitts mit zunehmendem
Abstand r geringer ist als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, wie es aus dem
Schaubild Fig. 7 hervorgeht. Auf diese Weise kann man es erreichen, daß der Spaltquerschnitt
F, auf die ganze radiale Länge des Ringspaltes 3 unterhalb 4 F.i" bleibt, gegebenenfalls
den Wert F"i" nicht oder nicht erheblich überschreitet. Gleiche Verhältnisse lassen
sich auch erzielen, wenn an Stelle des Wandteils 8 die Kammerstirnwand 7 oder beide
Wände 7 und 8 gewölbt sind.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die die zentrale Austrittsöffnung
aufweisende Stirnwand 7 des Kammergehäuses aus baulichen oder sonstigen Gründen
in radialer Richtung gewellt ist. Der der Stirnwand 7 vorgeordnete Wandteil 8 ist
beim Ausführungsbeispiel etwa dem Verlauf der äußeren Scheitelstellen der Wellen
angepaßt. Hierbei entstehen Ringabschnitte mit den radialen Längen A al
und
A a., in denen der Bedingung F, kleiner bis gleich 4 F"i" genügt ist (vgl. Schaubild
Fig. 8). Die Zahl n derartiger Ringabschnitte kann beliebig sein. Da Ringabschnitte,
die größer als 4 F"i" sind, nur unwesentlich zur Schalldämpfung beitragen,
werden sie entsprechend dem Sinn. der vorliegenden Erfindung bei der Berechnung
des Spaltes nicht berücksichtigt. Die erfindungsgemäße Bedingung wird also erfüllt,
wenn
ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die zentrale Durchtrittsöffnung
der Kammerstirnwand 7 durch einen in die Resonatorkammer hineinragenden Rohrstutzen
9 gebildet. Im Schaubild Fig. 8 ist der Fall angenommen, daß F",1" = F, j" ist.
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Die Begrenzung des Spaltquerschnitts F, auf weniger als das Vierfache
des kleinsten Durchtrittsquerschnitts F",i" kann beispielsweise bei der in Fig.
2 dargestellten Ausführungsform auch durch zwischen der die zentrale Durchtrittsöffnung
5 aufweisenden Kammerstirnwand und dem dieser vorgeordneten Wandteil 8 vorgesehene
Füllkörper 10
erzielt werden. In Fig. 5, die einen Querschnitt nach Linie
V-V der Fig. 2 darstellt, haben die durch eine Schraffur gekennzeichneten Füllkörper
10 die Gestalt von Kreissektoren, zwischen denen Durchströmkanäle 11 frei bleiben.
Die Füllkörper 10 können auch in der in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien angedeuteten
Weise durch Einprägung der Stirnwand 7 des Kammergehäuses 1 oder des diesem vorgelagerten
Wandteils 8 erzeugt sein.
Der den Ringspalt erzeugende Wandteil
8 vor der die zentrale Ein- bzw. Austrittsöffnung aufweisenden Stirnwand 7 des Kammergehäuses
kann in der in Fig. 4 oben durch eine strichpunktierte Linie 12 angedeuteten Weise
als Haube, z. B. als Regenschutzhaube, über den Rand des Kammergehäuses 1 vorgezogen
sein.