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Resonator-Schalldämpfer für von insbesondere schwebstoffhaltigen Abgasen
durchströmte Kanäle Die Erfindung betrifft einen Resonator-Schalldämpfer für von
insbesondere schwebstoffhaltigen Abgasen durchströmte Kanäle mit in einem Gaskanal
oder Gehäuse in Strömungsrichtung hinter-und nebeneinander angeordneten Schalldämpfungskulissen,
deren Hauptflächen parallel zueinander und zur Strömungsrichtung verlaufen, wobei
beiderseits jeder Fläche ein Strömungskanal für das Abgas verläuft.
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Nach dem Stand der Technik werden zur Geräuschdämpfung in gasführenden
Kanälen parallel nebeneinanderliegende Elemente - Kulissen genannt - eingebaut,
die akustisch wirksame Einbauten enthalten und zwischen denen abgasführende Kanäle
entstehen. Diesen Aufbau zeigen sowohl Absorptions- als auch Relaxations-Schalldämpfer.
Die dem Kanal zugewandte Seite der akustisch wirksamen Einbauten der aufgeführten
Schalldämpfer-Prinzipien besteht aus porösen Materialien, die eine oszillierende
Strömung senkrecht zur Trennfläche ermöglichen. Unter dem Einfluß dieser Querströmung
werden die speziell in Abgasen enthaltenen feinen Schwebstoffe in die Poren transportiert
und dort abgelagert. Dieser Effekt führt zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes
und zu einem Nachlassen der Dämpfung, wenn die Poren total geschlossen sind. Dieser
Effekt wird vermieden, wenn der Schalldämpfer so aufgebaut ist, daß das Absetzen
von Schwebstoffen verhindert wird oder aber die Anlagerung so langsam vor sich geht,
daß eine lange Betriebsdauer möglich ist und durch Reinigen in Form von Ausblasen
oder Abklopfen der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt werden kann.
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Diese Bedingung wird durch Helmholtz-Resonatoren erfüllt, die im wesentlichen
aus Hohlräumen bestehen, deren Wandungen eine metallisch glatte Oberfläche besitzen
und deren Mündungen genügend groß und so geformt sind, daß die Strömung parallel
zu den Kulissen im Dämpfer die Anlagerung von Schwebstoffen verhindert. Der Erfindung
liegt der Gedanke der Verwendung eines Schalldämpfers zugrunde, dessen parallel
zur Strömung angeordnete Kulissen aus Helmholtz-Resonatoren bestehen, die wechselseitig
in die benachbarten Gaskanäle münden, wobei die Kulissen aus mehreren Gruppen gleich
abgestimmter Resonatoren bestehen.
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Helmholtz-Resonatoren werden seit langem auch zur Geräuschdämpfung
verwendet. Man benötigt jedoch eine Vielzahl solcher Resonatoren, um Geräusche größerer
Intensität wirksam dämpfen zu können. So ist es bekannt, die Wände eines Raumes
mit einer großen Zahl von Resonatorhohlkörpern, z. B. Flaschen, zu verkleiden. Da
die höchste Dämpfung eines Resonators oder einer Gruppe unter sich gleicher Resonatoren
nur in einem verhältnismäßig schmalen Frequenzbereich eintritt, dessen Lage von
Länge und Querschnittsfläche des Halses sowie dem Volumen des daran angeschlossenen
Hohlraumes eines Resonators abhängt, muß man nicht nur zahlreiche, sondern auch
unterschiedlich abgestimmte Resonatoren verwenden. Weil überdies die Hohlräume von
Resonatoren meist kugelförmig oder zylindrisch ausgeführt werden, erfordern daraus
aufgebaute Schalldämpfer nicht nur viel Platz und hohen fertigungstechnischen Aufwand,
sondern auch sorgfältige Berechnung für den jeweiligen Anwendungsfall.
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Wegen dieser Nachteile konnten sich Resonatorschalldämpfer bisher
in der Praxis nicht recht durchsetzen, da man für die meisten Zwecke die einfacheren
und billigeren Absorptions-Schalldämpfer vorzieht.
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Absorptions-Schalldämpfer sind indessen verhältnismäßig empfindlich
gegen Schwebestoffe.
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Selbst bei ruhender Luft kann die Verstaubung der Schallschluckstoffe
bereits recht störend sein, da Schwebestoffe, wie Staub, Öl- und Lacktröpfchen u.
dgl., infolge des Schallwechseldrucks in die Poren der Schluckstoffe eindringen,
dort hartnäckig festgehalten werden und nur schwer zu entfernen sind, so daß die
Absorption von Schallwellen im Schluckstoff stark zurückgeht.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen gegen Schwebestoffe bzw.
Verstaubung wenig empfindlichen sowie auch gegebenenfalls leicht zu reinigenden
Resonanz-Schalldämpfer zu schaffen, der die erforderliche
breitbandige
Dämpfung aufweist und relativ einfach herzustellen ist.
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Erfindungsgemäß enthält jede Fläche zwei Resonanzräume und die Hälse
benachbarter Resonatoren münden abwechselnd in die eine und die andere Hauptfläche.
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Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist an Hand der Beschreibung und
der Zeichnungen erläutert.
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F i g. 1 ist ein Teil eines Längsschnitts (parallel zu den Kulissenflächen)
einer ersten Bauform des neuen Schalldämpfers, wobei die Resonator-Kulissen nicht
gezeigt sind; F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Schalldämpfer von F i g. 1
und 3; F i g. 3 ist ein Längsschnitt (senkrecht zu den Kulissenflächen) des Schalldämpfers
nach F i g.1 und 2; F i g. 4 ist ein Querschnitt durch eine zweite Bauform des Schalldämpfers
mit rechteckigem Gehäusequerschnitt; F i g. 5 ist ein Querschnitt durch eine dritte
Bauform des neuen Schalldämpfers; F i g. 6 ist ein Querschnitt durch eine vierte
Bauform, F i g. 7 und 8 sind perspektivische Darstellungen eines Resonators und
der Kulisse nach F i g. 4; F i g. 9 ist die Ansicht einer Resonator-Kulisse; F i
g. 10 und 11 sind Schnitte nach den Linien X-X und XI-XI von F i g. 9; F i g.12
ist eine geschnittene Aufsicht einer Kulisse, und F i g. 13 zeigt eine den F i g.
4 und 9 entsprechende Ansicht einer abgewandelten Kulisse.
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Der erfindungsgemäße Schalldämpfer besteht aus Resonator-Kulissen,
die in ein Gehäuse 1 eingebaut sind. Das Gehäuse 1 kann an sich beliebigen Querschnitt
haben. Aus Fertigungsgründen wird man rechteckigen, kreisrunden oder ovalen Querschnitt
wählen. Die F i g. 1 bis 3 zeigen einen Schalldämpfer mit ovalem Querschnitt. Wie
üblich ist die Erweiterung des Gehäuses 1 derart getroffen, daß der dem Gas im Zu-
und Ableitungskanal zum bzw. vom Dämpfer selbst zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt
im Dämpfer im wesentlichen erhalten bleibt. Im Schalldämpfergehäuse sind tafel-
oder kastenförmige Kulissen 2 eingebaut und zwar so, daß ihre Hauptflächen
10 unter sich und zur Strömungsrichtung des Gases bzw. Abgases parallel verlaufen.
Zwischen den Hauptflächen der Kulissen 2 verbleiben Kanäle 7, durch die das (Ab-)Gas
strömt. Es sind mehrere Reihen und Gruppen von Kulissen 2 vorgesehen. Dabei sind
unter Reihen die in Strömungsrichtung aneinandergereihten und fluchtenden Kulissen
2 und unter Gruppen die in Strömungsrichtung auf gleicher Höhe nebeneinander
angeordneten Kulissen verstanden. In beide Hauptflächen jeder Kulisse 2 münden die
schlitzförmigen Hälse 12, 13 zahlreicher Resonatoren auf später erläuterte Weise
ein. Jede Kulisse in einer Gruppe besteht aus Bleichgroßen Resonatoren, die also
die gleiche Frequenzabstimmung besitzen. Die Kulissen der einzelnen Reihen haben
dagegen unterschiedlich abgestimmte Resonatoren. Es versteht sich, daß dieser Aufbau
zwar der fertigungstechnisch einfachste, aber nicht der einzig mögliche ist. Da
die Kulissen im einfachsten Falle alle etwa die gleichen Abmessungen haben, kann
man selbstverständlich innerhalb einer Gruppe Kulissen verschiedener Abstimmung
verwenden oder man kann eine Kulisse aus verschieden abgestimmten Resonatoren aufbauen.
Je nach dem Anwendungsfall wird man die Kulissen in den Reihen nach fallenden oder
steigenden Abstimmfrequenzen anordnen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die
Abstimmfrequenzen aufeinanderfolgender Kulissenreihen um etwa eine Oktave verschieden
zu machen.
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Um die Wirbelbildung möglichst klein zu halten, kann man die im Strömungsweg
erste Kulissengruppe auf an sich bekannte Weise mit Anströmprofilen 8
und
die letzte Kulissengruppe mit Abströmprofilen herkömmlicher Art versehen, z. B.
aus glatten oder gelochten Blechen gegebenenfalls mit einer Schluckstoffüllung.
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Im Schalldämpfer nach F i g.1 bis 3 sind die Kulissen in Strömungsrichtung
entlang der Linien 3 (und zwar in Reihen) unterteilt. Die einzelnen Gruppen sind
in Richtung senkrecht zur Strömung durch die Linien 4 unterteilt. Die Befestigung
der Kulissen erfolgt bei der stehenden Bauart des Dämpfers nach F i g. 1 bis 3 z.
B. durch mit dem Gehäuse 1 verbundene Konsole 6, auf denen die unterste Kulissengruppe
ruht, sowie durch Profilträger 5, die mit dem Gehäuse verbunden sind. Die Befestigung
der Kulisse kann jedoch auch auf eine andere herkömmliche Weise erfolgen.
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F i g. 4 zeigt einen analog F i g. 1 bis 3 aufgebauten Schalldämpfer
mit rechteckigem Gehäusequerschnitt.
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In F i g. 5 sind zwei weitere Bauformen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers
schematisch wiedergegeben. In F i g. 5 bilden die Kulissen 2 konzentrisch angeordnete
Ringe. Zwischen ihren Hauptflächen 10 verbleiben jeweils Kanäle 7, durch die das
Gas oder Abgas strömt. Analog der Bauform nach F i g. 1 bis 3 sind die ringförmigen
Kulissen in Strömungsrichtung z. B. durch die Tragschienen 5, gruppenweise unterteilt,
wobei jede Gruppe wieder verschiedene Abstimmung aufweist. Ebenso können die in
Strömungsrichtung ersten und letzten Kulissenelemente mit An- und Abströmprofilen
8, 9 versehen sein.
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F i g. 6 zeigt eine vierte Bauform, bei der die Kulissen planparallel,
die Strömungskanäle 7 jedoch sternförmig verlaufen. Im übrigen ist der Aufbau sinngemäß
der gleiche wie bei den zuvor erläuterten Bauformen.
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Die vier Bauformen unterscheiden sich im wesentlichen nur in der Querschnittform,
die man je nach den örtlichen Verhältnissen z. B. dem verfügbaren Platz entsprechend
auswählen wird. Die kreisrunden Querschnitte wird man vorzugsweise anwenden, wenn
das Gas oder Abgas unter höherem Druck steht.
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Allen Bauformen gemeinsam ist der Aufbau der Resonatoren, der an Hand
der planparallelen Kulissen beschrieben werden soll. Hier stellt die Kulisse ein
kastenförmiges Rechtkant mit den beiden Hauptflächen 10 dar. Der Innenraum
des Rechtkants wird durch Trennbleche 16 unterteilt, die doppelt abgewinkelt sind
und etwa Z-förmigen Querschnitt haben, wie am besten aus F i g. 12 ersichtlich ist.
Benachbarte Trennbleche 16 verlaufen symmetrisch in bezug auf die Mittelachse des
von ihnen begrenzten Raumes und parallel mit dem übernächsten Nachbarn
16.
Die Abstände zwischen den Trennblechen 16 sind so gewählt, daß
Bleichgroße Säulen in der Kulisse entstehen. Diese Säulen sind in Längsrichtung
durch parallel und mit gleichem Abstand zu- bzw. voneinander angeordneten Trennblechen
15 in die Resonator
-Räume 11 unterteilt, wie es F i g. 8
bis 12 zeigen.
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Zwischen den zwei Trennwänden 16 und zwei Trennwänden 15, die
den Boden bzw. »Deckel« bilden, entsteht so der in F i g. 7 gezeigte Resonatorraum,
dessen Hohlraum somit aus einem Rechtkant und dem Stumpf eines Prismas besteht und
dessen Hals 12, 13 ein Rechtkant darstellt. Jeder der Resonatorenhälse 13
mündet in eine Hauptfläche 10 einer Kulisse und damit in einen Strömungskana17
ein. Durch die Verschachtelung der Resonatoren in der Kulisse münden Hälse 13 einer
Säule in die eine Hauptfläche 10 und die Hälse der benachbarten Säule in
die gegenüberliegende Hauptfläche einer Kulisse, wie F i g. 12 zeigt.
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Um die Ablagerung von Staub oder anderen im Gas enthaltenen Schwebstoffen
in den Resonanzräumen zu vermeiden, ist vorgesehen, zumindest bei den Bauformen
mit planparallelen Kulissen den Trennwänden 15 einen Neigungswinkel x gegen die
Waagerechte zu geben der größer als der Schüttwinkel des jeweils zu erwartenden
Schwebstoffs ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich die Kulissen des Schalldämpfers
selbsttätig von etwaigen Ablagerungen reinigen. Wie F i g.10 und 11 in Verbindung
mit F i g. 9 erkennen lassen, sind die Trennwände 15 (bzw. Resonatorböden) benachbarter
Säulen zwar um den gleichen Betrag, jedoch immer auf den Schlitz 13 hin geneigt.
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In F i g.13 ist eine Abwandlung der planparallelen Kulissen wiedergegeben,
bei der die Mittelachsen der Resonatorhälse 13 um einen Winkel ß gegen die Senkrechte
geneigt sind. Bei der dritten Bauform nach F i g. 5 kann das ebenfalls erfolgen,
indem man die Schlitze um den Winkel ,B schräg zur Strömungsrichtung anordnet. Es
hat sich gezeigt, daß diese schräge Anordnung der Resonatorschlitze den geringen
Strömungswiderstand, den die Kulissen bieten, weiter vermindern, was akustisch vorteilhaft
sein kann.
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Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Resonatorschlitze
von zwei einen Strömungskanal ? begrenzenden Kulissenflächen 10 versetzt
oder auf Lücke anzuordnen, so daß dem Resonatorhals der einen Kulisse der Resonanzhohlraum
der anderen Kulisse gegenüberliegt.
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Die Herstellung der gemäß der Erfindung ausgebildeten Kulissen gestaltet
sich verhältnismäßig einfach, da nur ebene oder leicht abgekantete dünne Bleche
verwendet werden brauchen, die sich auf übliche Art, wie durch Schweißen, bequem
und druckdicht miteinander verbinden lassen. So hergestellte Kulissen sind außerordentlich
steif und zeigen selbst bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten keine Dröhnerscheinungen.
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Obwohl sich der neue Schalldämpfer selbst reinigt, kann es bei sehr
hohen Schwebstoffgehalten des Gases bzw. Abgases günstig sein, die Resonatoren mit
einer Ausblase- oder Ausspüleinrichtung zu versehen, z. B. einer Preßluft- oder
Lösungsmittelleitung. Ferner läßt sich der neue Dämpfer zusätzlich als Gaskühler
oder Wärmetauscher verwenden, indem man z. B. die Hautpflächen 10 doppelwandig
ausführt und in dem Zwischenraum ein Kühlmittel u. dgl. umlaufen läßt. Weiterhin
ist es möglich, den erfindungsgemäßen Schalldämpfer als Elektrofilter zu verwenden,
indem man ihn mit zu diesem Zweck bekannten Einrichtungen, wie Sprühelektroden,
versieht und ihn auf ein elektrostatisches Potential entsprechender Höhe bringt.
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Ein Hauptanwendungsgebiet des neuen Schalldämpfers sind Kesselsaugzuganlagen
und ähnliche Einrichtungen.