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Resonator-Schalldämpfer Die Erfindung betrifft einen Resonator-Schalldämpfer
mit einem im eine Dämpfungskammer hineinragenden Eintrittsrohr und einem in der
Verlängerung dessen Achse eingeordneten, ebenfalls in die Kammer ragenden Austrittsrohr,
welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß das Austrittsrohr an der Außenseite seines
Eintrittsendes mit einer Einrichtung zur Absaugung der Grenzschicht der Gasströmung
versehen ist.
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Es sind Resonator-Schalldämpfer bekannt, bei welchen jeweils eine
Kammer mit zwei in einer Achsrichtung verlaufenden Rohren versehen ist, von denen
durch ein Rohr die Auspuffgase einer Kolbenbrennkraftmaschine oder z. B. die Druckgase
eines Kolbenkompressors eingeführt und durch das andere wieder abgeleitet werden.
Im Inneren der Kammer entsteht ein Schwingungszustand des darin enthaltenen Gases,
welcher das Austreten von Schallwellen in die Ausgangsleitung schwächt und schalldämpfend
wirkt. Durch besondere Maßnahmen, wie eine bestimmte Wahl oder Abstimmung der Längen
von in das Gefäß hineinragenden Rohrteilen, kann auch ein Durchgang von Resonanzfrequenzen
der Gassäule der Kammer verhindert werden.
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Derartige Schalldämpfer funktionieren theoretisch einwandfrei, solange
die durch sie führende Gasströmung gering ist. Bei größeren Geschwindigkeiten des
Gases wird jedoch die Funktion der Schalldämpfer dieser Art unbefriedigend. Es entsteht
nämlich durch die Gasströmung in der Dämpfungskammer eine starke Wirbelung des darin
enthaltenen Gases, wodurch die Ausbildung von Schwingungszuständen und Schallfeldern,
wie sie im Ruhestand entstehen, gestört wird.
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Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil der bekannten Schalldämpfer
zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern und einen Schalldämpfer zu schaffen,
der auch bei größerem Gasdurchsatz seine Wirksamkeit behält.
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Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, F i g. 2 und 3 Längsschnitte abgeänderter
Ausführungsformen in gegenüber der F i g. 1 verkleinertem Maßstab.
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In F i g.1 ist eine Dämpfungskammer 1 mit einem Eintrittsrohr 2 und
einem Austrittsrohr 3 versehen. Die Rohre 2 und 3 liegen in einer Achse. In an sich
bekannter Weise mündet beispielsweise das Eingangsrohr in ungefähr einem Viertel
der Länge der Dämpfungskammer - in Strömungsrichtung des Gases betrachtet - und
der Anfang des Austrittsrohrs befindet sich ungefähr in der Mitte der Dämpfungskammer.
Das Austrittsrohr 3 ist erfindungsgemäß mit einem düsenartig verengten und dann
diffusorartig erweiterten Teil 4 versehen, dessen Eintrittsende von einem
Ring 5 mit gewölbter Außenfläche umschlossen ist. Zwischen dem Ring 5 und dem Teil
4 des Rohrs befindet sich ein Hohlraum 6, der durch einen ringförmigen Spalt 7 mit
dem übrigen Innenraum der Dämpfungskammer 1 verbunden ist. Öffnungen 8 verbinden
den Hohlraum 6 mit dem Inneren des Teils 4 an dessen engstem Querschnitt.
Der Ring 5 hat zusammen mit dem Eintrittsende des Rohrs 4 den Umriß eines
Strömungskörpers. In axialer Richtung ist die Kammer durch Endwände 10,
11
begrenzt.
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Bei einer Strömung des Gases, z. B. des Auspuffgases einer Kolbenbrennkraftmaschine
in Pfeilrichtung in F i g. 1 entsteht anschließend an das Mündungsende des Eintrittsrohrs
2 eine Mischzone, die ungefähr durch die in F i g. 1 dargestellten konischen Flächen
12 und 13 begrenzt ist. In dieser Zone reißt das einströmende Gas das in der Dämpfungskammer
1 befindliche Gas mit (Pfeil 14). Der durch das Rohr 2 eintretende Strahl strömt
dabei nicht vollständig durch das Rohr 3 ab. Ein Teil davon strömt an der äußeren
Wand des Rings 5 vorbei in das hintere Ende der Kammer hinein. Er kehrt dann infolge
der durch die Strömung 12 bedingten Saugwirkung längs der äußeren Kammerwand zurück,
so daß sich
theoretisch eine in F i g. 1 eingezeichnete Ringströmung
15, 16, 17,14 bildet.
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Ohne besondere Vorkehrung an der Leitung 3, wie dies bei den bekannten
Schalldämpfern der Fall ist, kann sich die Strömung 15 wegen des Vorhandenseins
derGrenzschicht an derAußenfläche des Rohrs3 leicht ablösen und kehrt vorzeitig
ihre Richtung um, wie die gestrichelte Linie 18 dies andeutet. Hinter der abgelösten
Strömungslinie 18 bildet sich ein ausgedehntes Wirbelgebiet, welches das theoretisch
homogene Schallfeld in der Kammer stark zerstreut. Dadurch wird die Möglichkeit
einer klaren Randbedingung für das Schallfeld am hinteren Ende der Kammer verloren,
was die Funktion des Schalldämpfers verschlechtert. Es kann sich nämlich nicht das
zur theoretisch richtigen Funktion des Schalldämpfers erforderliche Schallfeld in
der Dämpfungskammer ausbilden.
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Beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird die Grenzschicht, welche
sich an der äußeren Oberfläche des Rings 5 bildet, durch die Öffnungen
7 und 8 infolge des Unterdrucks der Strömung im düsenförmigen Teil
4 abgesaugt. Dadurch wird die Gefahr der Ablösung der Strömung an dieser Oberfläche
beseitigt oder mindestens verkleinert und damit die durch das Mischen des durch
das Rohr 2 zuströmenden Gases mit dem Gasinhalt des Behälters gebildete Störungsquelle
unschädlich gemacht. Das in der Kammer 1 befindliche Gas wird zwar weiter zirkulieren,
jedoch ohne die Bildung bedeutender Turbulenzen, welche die Funktion des Schalldämpfers
verschlechtern würden.
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Bei den Ausführungsformen nach den F i g. 2 und 3 wird die Funktion
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers insofern noch verbessert, als dort weitere
mögliche Quellen der Entstehung von Turbulenzen ausgeschaltet werden. Bei der Umlenkung
der im Inneren der Kammer 1 zirkulierenden Gasströmung entstehen in den Ecken der
seitlichen Abschlußwände 10 und 11 tote Zonen mit stagnierendem Gas, an denen die
Strömung vorbeizieht. Das kann ebenfalls die Ursache einer Entstehung von Wirbeln
sein, welche die Funktion des erfindungsgemäßen Schalldämpfers verschlechtern können.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 hat die Dämpfungskammer
20 eine kugelige bis ovale äußere Form, deren Enden entweder nach den voll
ausgezogenen Linien 21 oder den gestrichelten Linien 22
ausgebildet
sein können. Durch diese Form, bei welcher die Kammer in der Mitte den größten Querschnitt
aufweist, der sich zu beiden Enden hin verkleinert, wird eine Zurkulation des Gases
in der Kammer erzielt, die minimalen Störungen durch Wirbel ausgesetzt ist. Es versteht
sich, daß die in F i g. 2 dargestellte optimale Form auch durch eine Form nach der
F i g. 3 mit abgeschrägten Kanten ersetzt werden kann. In diesem Fall wird eine
Dämpfungskammer 30 aus mindestens einem zylindrischen Teil, konischen Teilen und
ebenen Abschlußteilen ausgebildet, was in vielen Fällen eine einfachere Herstellung
ermöglicht.
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Das Rohr 4 kann mit dem Ring 5 aus einem Stück hergestellt sein, es
ist'jedoch auch möglich, den Ring 5 als besonderen Teil auszubilden und mit denn
Rohr 4, z. B. durch Schweißen oder mittels eines Gewindes, zu verbinden. Die Ausbildung
dieser Teile mit dem Querschnitt eines Strömungskörpers gibt optimale Resultate.
Es ist jedoch unter Umständen möglich, diesen Körper durch ändere ähnliche For#
men, die z. B. aus Kreisbögen und geraden Strecken bestehen, zu ersetzen, wenn dies
z. B. aus fabrikatorischen Gründen erstrebenswert ist. Auch ist im Prinzip eine
andere als die in den Figuren dargestellte Absaugung der Grenzschicht, die das ins
Dämpfungsgefäß hineinragende Ende des Austrittsrohrs umgibt, möglich. So kann z.
B. der Innenraum 6 durch eine Rohrleitung mit einem außerhalb des Dämpfungsgefäßes
befindlichen Raum verbunden werden, der einen Unterdruck gegenüber dem Innenraum
des Dämpfüngsgefäßes aufweist. In diesem Fall kann selbstverständlich der düsenartig
verengte und dann diffusorartig erweiterte Teil 4 mit den Bohrungen
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entfallen und das Rohr 3 in seinem ganzen Verlauf zylindrisch sein.