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Schalldämpfkulisse für Abgasleitungen Die Erfindung betrifft eine
Schalldämpfkulisse für Abgasleitungen mit im Abstand voneinander eingespannten,
als Mitschwingresonatoren wirkenden Seitenplatten aus Stahlblech.
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Frequenzanalysen der in Abgasleitungen auftretenden Schallenergie
zeigen, daß der Lärm vor allem tiefe und mittlere Frequenzanteile enthält. Um eine
wirksame Dämpfung zu erzielen, sind Schalldämpfer erforderlich, deren Dämpfungscharakteristik
dem frequenzabhängigen Verlauf der auftretenden Störgeräusche entspricht. Zur Lösung
dieses Problems sind bereits mehrere Dämpfungsprinzipien zur Anwendung gekommen,
die jedoch verschiedene Nachteile aufweisen.
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In der französischen Patentschrift 1001042 ist ein Schalldämpfer für
Strahltriebwerke beschrieben, der nach dem Absorptionsprinzip arbeitet. Sowohl die
Ummantelung des koaxial angeordneten Kerns als auch die Innenverkleidung des Dämpfungsrohrs
bestehen aus akustisch transparenten Lochblechen. Der Schall dringt durch diese
Lochbleche in die Kammern ein und wird durch die darin befindliche Mineralwolle
teilweise absorbiert. Es sind ferner Kulissenschalldämpfer für Kanäle von Be- und
Entlüftungsanlagen, für Abgase führende Gebläseschächte sowie für Abgasschächte
von Motorenprüfständen bekannt, in welchen Stahlkulissen beidseitig akustisch transparent
mit perforierten Blechen abgedeckt sind. Beide Dämpfer weisen poröse, rauhe Oberflächen
auf, die im Betrieb durch Anlagerung von Staub- und Schmutzteilchen schnell verschmutzen
und damit an akustischer Wirkung verlieren.
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Bei Schalldämpfern mit Absorptionselementen ist auch bekannt, daß
sich diese Elemente längs der Dämpfungsstrecke ändern (USA: Patentschriften 2 759
554 und 2 759 555). Die äußere Form ist jedoch für deren Wirkungsweise unwesentlich.
Lediglich die Tiefe der Absorptionskammern und die Art und Dichte der Schichtung
des Absorptionsmaterials sind für den Dämpfungsbereich maßgebend.
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Bekannt sind ferner Resonanzkulissenschalldämpfer, deren einzelne
Kulissen nach dem Mitschwingresonatorprinzip arbeiten. Solche Kulissen bestehen
aus im Abstand voneinander angeordneten unperforierten Blechplatten. Infolge der
gleichbleibenden Dicke der Kulissen sind sie jedoch nur auf eine Frequenz abgestimmt,
bei der sie eine relativ hohe Dämpfung erzielen. In benachbarten Frequenzgebieten
sinkt diese Dämpfung jedoch nahezu auf Null ab. Eine nennenswerte Dämpfung ist daher
mit solchen Kulissen lediglich in schmalen Frequenzbändern zu erzielen. Andererseits
ist die Anwendung von Schalldämpfern mit Resonanzkulissen in Abgasleitungen besonders
günstig, weil ihre Dämpfungseigenschaften durch Verschmutzungen nicht wesentlich
beeinfiußt werden.
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Für die Ausnutzung dieser letztgenannten Vorteile sind auch bereits
Schalldämpfer gebaut worden (belgische Patentschrift 558 109), in welchen
im abgasführenden Kanal hintereinander mehrere auf verschiedene Resonanzfrequenzen
abgestimmte Resonatoren vorgesehen sind. Die Resonatoren sind im Kanal so angeordnet,
daß der Abgasstrom mehrmals umgelenkt wird. Dies hat eine breitbandige Dämpfung
der hohen und mittleren Frequenzen zur Folge. Im tiefen Frequenzbereich werden jedoch
jeweils nur schmale, den Mitschwingresonatoren entsprechende Frequenzbänder gedämpft.
Nachteil dieser Anordnung ist, daß sich hierbei größere Einbrüche in der Dämpfungskurvedes
angestrebten Dämpfungsbereichs nicht vermeiden lassen. Außerdem ist große Genauigkeit
bei der Fertigung der Kulissen erforderlich, was die Herstellungskosten entsprechend
verteuert. Ferner sind die Resonatoren dieser bekannten Einrichtung nicht wartungsfrei,
weil die Resonanzkörper gegen den staubführenden Kanal hin nicht vollkommen abgeschlossen
sind. Wenn auch die Eintrittsflächen für die Staubteilchen wesentlich geringer sind
als bei Absorptionselementen, so ist doch die Möglichkeit der Verschmutzung nicht
ausgeschlossen. Nicht unerheblich sind schließlich die durch die Umlenkung des Abgasstrahls
bedingten Druckverluste.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer mit
Schalldämpfkulissen zu bauen, die die Vorteile der nach dem Resonanzprinzip arbeitenden
Kulissen aufweisen, aber ein breiteres Frequenzspektrum dämpfen. Erfindungsgemäß
wird dies dadurch erreicht, daß sich der Abstand der Seitenplatten
längs
der Dämpfungsstrecke stetig ändert. Durch diese stetige Änderung des gegenseitigen
Abstands ergibt sich eine Dämpfungswirkung größerer Bandbreite ohne dazwischen auftretende
Dämpfungslücken. Die Wartung dieser Kulissen erfordert keine besonderen Vorkehrungen,
weil die Elemente infolge ihres geschlossenen Aufbaus gegen Verschmutzung unempfindlich
sind. Außerdem tritt während einer langen Betriebsdauer keine Änderung der akustischen
Wirkung auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Erzielung einer erhöhten
Dämpfung der Raum zwischen den Seitenplatten in an sich bekannter Weise durch--
Abschottbleche unterteilt und mit Schallschluckstoff gefüllt.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 den Aufbau einer Kulisse im Querschnitt,
F i g. 2 die Anordnung mehrerer Kulissen in einem Kanal.
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Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, besteht die Stahlkulisse aus zwei
gegenüberliegenden Platten 1, deren gegenseitiger Abstand sich längs der Dämpfungsstrecke
stetig vergrößert. Zwischen den beiden unperforiertenPlatten isteinLuftpolster 2
eingeschlossen, das als Luftfederung wirkt und mit den beiden Platten ein schwingungsfähiges
Gebilde ergibt. Die Resonanzfrequenz eines solchen Mitschwingers kann aus der Formel
bestimmt werden, wobei G (kg/m2) das Quadratmetergewicht der beiden Schwingbleche
und d (cm) deren Abstand darstellt. Da die Dicke der Kulisse somit die Resonanzfrequenz
mitbestimmt, verändert sich der Mitschwingfrequenzbereich stetig, wenn sich die
Dicke der Kulisse stetig ändert. Die minimale Dicke 3 und die maximale Dicke 4 der
Kulisse werden durch die Grenzen des zu dämpfenden Frequenzbereichs festgelegt,
wobei das Gewicht der beiden Platten noch einen Parameter darstellt, der bei der
Dimensionierung des Resonators eine gewisse Veränderung der Luftpolsterdicke zuläßt.
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Zur seitlichen Entkopplung innerhalb der Kulisse sind Abschottungen
erforderlich, welche die Kulisse in Teilresonatoren aufteilen. Durch diese Unterteilung
wird die Federungseigenschaft der eingeschlossenen Luft angehoben. Der Abstand 6
der Abschottbleche 5 ist von der Blechstärke der Schwingbleche abhängig. Er darf
nicht zu klein gewählt werden, damit die Schwingdigenschaften der Bleche 1 durch
den Einspanneffekt nicht zu sehr beeinträchtigt werden. Die Lufträume 2 sind mit
loser Mineralwolle 70 oder einem ähnlich wirksamen, porösen Material homogen gefüllt
oder mit Mineralwolleplatten bedampft.
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F i g. 2 zeigt die Anordnung mehrerer solcher Kulissen in einem Abgasschacht.
Der keilförmige Aufbau der Kulissen eignet sich, wie aus der Figur zu erkennen ist,
für den Einbau in Abgasleitungen mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt
besonders gut. Der Abstand der Kulissen ist dabei so zu wählen, daß der für die
vorgeschriebene Durchtrittsgeschwindigkeit der Abgase erforderliche freie Querschnitt
erreicht wird.
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Grundsätzlich ist die dem Ausführungsbeispiel zugrunde liegende stetige
lineare Vergrößerung des Abstandes der Schwingplatten längs der Dämpfungsstrecke
nicht notwendig. -An Stelle von geraden ebenen Seitenplatten können beispielsweise
auch gewölbte Platten vorgesehen werden. Wesentlich ist nur, daß sich die Dicke
der Kulissen längs der Dämpfungsstrecke nicht sprunghaft ändert.