DE19509616C2

DE19509616C2 - Schalldämpfer für Abgasgeräusche

Info

Publication number: DE19509616C2
Application number: DE1995109616
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dreizler; Leo Molendijk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: DE19509616A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Schalldämpfer für Abgasgeräusche in vorzugsweise kondensatfesten, überdrucksicheren Abgasrohren oder Schornsteinen von Feuerungsanlagen (Brennwertkesseln) nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Durch die immer mehr eingesetzte Brennwerttechnik, insbesondere in Verbindung mit den überdruckfesten, kondensatfesten Abgasleitungen aus Edelstahl, Glas oder Kunststoff, entstehen vermehrt unvorhergesehene Schallprobleme. Die Ursache dafür liegt im Oszillieren der Brennerflamme der Feuerungsanlage. Vom Feuerungsraum her pflanzen sich je nach Geometrie desselben niederfrequente Druckstöße hin zum Abgasrohr fort, die dort kaum absorbiert werden, da derartige Abgasrohre auf ihrer Innenseite glatt und hochreflektierend sind. Die im Abgasrohr gebildete Abgassäule ist in Verbindung mit dem Abgasrohr resonanzfähig und akkustisch erregbar, was zu einer die zulässige Geräuschgrenze übersteigenden Geräuschentwicklung führen kann. Je nach Anzahl der Bögen und Querführungen im Abgasrohr kann diese Geräuschentwicklung noch verstärkt sein. Bekanntlich pflanzen sich diese Geräuschentwicklungen bis zur Mündung des Abgasrohres fort, ohne daß solche Geräusche noch im Heizraum hörbar sind, jedoch in den Räumen, die vom Abgasrohr tangiert werden.

Bei einem durch das deutsche Gebrauchsmuster 70 36 626 bekannten Schalldämpfer der gattungsgemäßen Art wird in das Abgasrohr ein schalldämmend ausgekleidetes Rohrstück eingesetzt, welches als Doppelwandrohr mit zwischen den Wänden angeordneter Dämmauskleidung ausgebildet ist und über Flanschen mit dem übrigen Abgasrohr verbunden ist. In dieses Rohrstück ist koaxial ein länglicher Schalldämmkern gehängt, wobei durch die Dämmauskleidung des Rohrstücks sowie den Schalldämmkern zur Geräuschdämpfung Schallschwingungen absorbiert und reflektiert werden sollen. Innerhalb des Rohrstücks ist der Durchströmquerschnitt im Vergleich zum Anschlußquerschnitt des Rohrstücks wesentlich vergrößert. Nachteiligerweise muß zum Einbau eines solchen Schalldämpfers ein seiner Länge entsprechendes Stück aus dem Abgasrohr herausgenommen werden. Außerdem werden durch diesen Schalldämpfer zwar Schallschwingungen absorbiert, aber nicht, insbesondere im stromauf liegenden Abschnitt des Abgasrohrs, zerstört. Nicht zuletzt ist auch der materielle Aufwand dieses bekannten Schalldämpfers erheblich, da die für die Absorption erforderliche Gestaltung perforierte Oberflächen verlangt, sowie die Verwendung von Schwingungen absorbierendem Material, wie beispielsweise Steinwolle.

Es ist außerdem ein Schalldämpfer für Rauchgasentschwefelungsanlagen bekannt (DE-OS 34 21 484), bei dem in dem Abgasrohr nach dem Absorbtions- oder Resonanzprinzip wirksame Füllungen untergebracht sind, die aus gegen saure Medien resistenten Kunststoffasern bestehen, mit einer einerseits säurebeständigen und andererseits schallabsorbierenden Eigenschaft. Derartige Materialien sind jedoch unbeständig gegen die bei Feuerungsanlagen auftretenden Temperaturen, abgesehen davon, daß das Anordnen dieser Schalldämpfer im Abgasrohr nicht unproblematisch wäre.

Bei einem anderen bekannten Schalldämpfer (DE-PS 31 03 231) sind in dem Abgasrohr kaskadenförmig schalldämpfende Elemente in Form von dachförmig ausgebildeten Blechen, hinter denen Dämpfungsmaterial angeordnet ist, vorgesehen. Hierdurch soll die Gasströmung so wenig wie möglich beeinträchtigt werden, durch die dämpfenden Materialien jedoch der Schall absorbiert werden. Abgesehen davon, daß eine solche Einrichtung äußerst aufwendig ist, bewirkt sie durch die Kaskaden eine zusätzliche Durchwirbelung des Abgases, was zu ungewünschten Resonanzeffekten führen kann, abgesehen von möglichen Staueffekten.

Durch diese bekannten Schalldämpfer werden besonders die oben erwähnten Tiefenfrequenzen gedämpft, allerdings zu Lasten eines erheblichen Raum- und Materialaufwandes. Zudem müssen derartige Schalldämpfer bereits bei der Planung der Feuerungsanlage bekannt sein, um sie berücksichtigen zu können.

Auf einem anderen technischen Gebiet, nämlich bei Kanälen für gasförmige schmutzführende Medien, jedoch nicht Feuerungsabgasen, ist es bekannt zur Dämpfung tiefer Frequenzen in den Kanal einen mit Steinwolle gefüllten Blechkörper zu hängen, der auf seinen Breitseiten glatte Bleche aufweist, hingegen auf seinen Schmalseiten Lochbleche. Durch diesen Körper wird eine starke Resonanz der Grund- und Oberwellen ereicht, wobei die dämpfende Frequenz von der Breite dieser Seitenflächen abhängt. Ein solcher Körper ist in Abgasrohren von Feuerungsanlagen nicht einsetzbar.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer zu entwickeln, der die genannten Nachteile der bekannten Schalldämpfer, insbesondere der gattungsgemäßen Art, vermeidet und bei dem die Geräuschdämpfung in erster Linie durch Zerstören der Schallwelle erreicht wird bzw. das Entstehen einer Schallwelle von vornherein unterbunden wird.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die der Erfindung zurgunde liegende Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Schalldämpfer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst, welcher gegenüber den bekannten Schalldämpfern die Vorteile hat, daß er jederzeit nachträglich in das vorhandene unveränderte Abgasrohr einer Feuerungsanlage einsetzbar ist, daß die Schalldämpfwirkung mit Zerstörung der Schallwellen bzw. mit Unterbinden des Entstehens solcher sich stets über die ganze Abgasrohrlänge erstreckt, daß die Schalldämpfwirkung durch die Wahl der Länge und des Durchmessers dieses Schalldämmkerns in Abstimmung mit Brenner und Feuerungsraum vorbestimmbar ist und daß abgesehen von der äußerst einfachen Gestaltung und einem entsprechend geringen Herstellungsaufwand der erfindungsgemäße Schalldämmkern leicht ein- und ausbaubar ist, beispielsweise für die Reinigung des Abgasrohres.

Es ist zwar durch die deutsche Offenlegungsschrift 20 23 895 bekannt, eine Schalldämpfung durch Querschnittsverengung zu erzielen, in dem der Abgasquerschnitt in möglichst viele Teilschnitte zerlegt wird, beispielsweise durch die Verwendung eines Rohrbündels als fester Einsatz. Die Verwendung eines solchen Rohrbündels ist aber mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden, abgesehen davon, daß eine Reinigung solcher Schalldämpfer äußerst schwierig ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt dieser Schalldämmkern nur 40-60% des Querschnittes des Abgasrohres ein. Diese Querschnittsverringerung bewirkt jedoch lediglich ein leichtes Ansteigen des Abgasdruckes stromauf des Kerns, was durchaus gewünscht ist, um sowohl die transversalen als auch die longitudinalen Wellen wirkungsvoll zu dämpfen. Wenn bei Feuerungsanlagen die Frequenz um 125 Hz liegt, mit einer Wellenlänge λ von ca. 3,5 Metern, so sollte der Schalldämmkern mindestens λ/2 aufweisen, um Resonanzen zu verhindern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalldämmkern gegen Ende des Abgasrohres angeordnet. Auf diese Weise kann er von der Mündung her in das Abgasrohr gesteckt und befestigt werden, was insbesondere für die Reinigung und den nachträglichen Einbau von Vorteil ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Schalldämmkern in das Abgasrohr eingehängt, mit die Mündung des Abgasrohres übergreifenden Armen als Aufhängemittel und mit radialen Distanzhaltern zur Abgasrohrinnenwand hin an weiter stromauf gelegenen Stellen. Für eine gute Wirksamkeit ist diese Abstützung notwendig, auch um ein Vibrieren des Schalldämmkerns selbst zu unterbinden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Schalldämmkern einen metallischen Mantel auf, welcher mit Dämmwolle (Steinwolle, Glaswolle odgl.) gefüllt ist. Als Schalldämmkern kann jedoch auch ein anderes anorganisches Material dienen, wie beispielsweise ein keramisches Material oder ein sonstiges anorganisches Material, wie beispielsweise ein bei niedrigen Temperatuen aushärtbares Material aus einer fließfähigen anorganischen Formmasse beispielsweise aus einem Oxidgemisch mit amorphem SiO₂ und Al₂O₃ und/oder Elektrofilterasche aus Hochtemperatursteinkohlekraftwerken und/oder kalziniertem gemahlenem Bauxit und einer Alkalisilikatlösung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Mantel des Schalldämmkerns mit Löchern versehen, um damit eine Verbindung zum Dämmmaterial, beispielsweise der Dämmwolle herzustellen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Mantel aus Aluminium oder nichtrostendem Stahl, wobei das kostengünstigere Aluminium mehr seinen Einsatz gegen Ende des Abgasrohres findet, wo die Abgastemperaturen niedriger sind, hingegen der nicht rostende Stahl besonders dort verwendet werden muß, wo hohe Abgastemperaturen herrschen, beispielsweise unmittelbar nach dem Feuerungsraum.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in zwei Varianten in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Feuerungsanlage,

Fig. 2 einen Schalldämmkörper in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 das Schwingungsbild in einem Abgasrohr,

Fig. 4 eine Variante der Ausführung nach Fig. 1 und

Fig. 5 ein die Erfindung betreffendes Diagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 gezeigte stark vereinfacht dargestellte Feuerungsanlage weist einen Heizkessel 1 mit einem Brenner 2 und einem Abgasrohr 3 auf, welche in einem Gebäude 4 angeordnet sind. Im Mündungsbereich 5 des nach außerhalb des Gebäudes 4 geführten Abgasrohres 3 ist von der Mündung her ein mindestens 1,5 m langer Schalldämmkern 6 eingesetzt. Bei dem Heizkessel 1 handelt es sich um einen sogenannten Brennwertkessel mit verhältnismäßig niederen Abgasen. Das Abgasrohr 3 ist kondensatfest ausgebildet und zudem überdrucksicher, wie es bei Brennwertkesseln üblich ist.

In Fig. 2 ist der Schalldämmkern 6 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Er weist einen perforierten Metallmantel auf, in dem, nicht näher dargestellt, Dämmaterial, vorzugsweise aus Steinwolle vorhanden ist. Seine der Strömung der Abgase entgegengerichtete Vorderseite 7 ist aerodynamisch ausgebildet. Auf der Rückseite 8 des Schalldämmkerns 6 sind Arme 9 über Laschen 11 befestigt, mit denen der Schalldämmkern 6 auf die Mündungskante 12 des Abgasrohrs 3 gehängt ist. Im Bereich der Vorderseite des Schalldämmkerns 6 sind radiale Distanzhalter 13 befestigt, mit denen der Schalldämmkern 6 zu der Innenwand des Abgasrohrs 3 abgestützt zentriert ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, entwickeln sich durch die oszillierende Flamme des Brenners und Verstärkt durch die Form des Brennraums des Heizkessels Schallwellen, nämlich verhältnismäßig lange Longitudinalschallwellen 14 und verhältnismäßig kurze Transversalschallwellen 15. Diese Schallwellen werden durch das Abgasrohr 3 selbst kaum gedämpft, da ein solches Abgasrohr glatte Innenwände aufweist und es werden aufgrund der Schallwellen sich entwickelnden Geräusche durch Krümmungen des Abgasrohres möglicherweise sogar verstärkt. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Schalldämmkerns wird die Entwicklung der Schallwellen sowohl der Longitudinalschallwellen als der Transversalschallwellen so gestört, daß eine starke Geräuschdämpfung entsteht. Besonders bei den Longitudinalschallwellen handelt es sich um solche sehr niedriger Frequenz mit einer Länge von λ = 3,5 m bei 125 Hz Frequenz, d. h. λ/2 = 1,75 m. Um eine effektive Störung der Wellenentwicklung zu erzielen, genügt somit eine Länge des Schalldämmkerns 6 von mehr als 1,5 m.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Variante ist der Schalldämmkern 6 in dem Abschnitt des Abgasrohres 3 angeordnet, der noch innerhalb des Gebäudes 4 verläuft. Um diesen Abschnitt ist ein üblicher Abgasschalldämpfer 16 angeordnet, durch den weniger die Ursache der Geräuschentwicklung bekämpft wird, als eine Verminderung der Schwingungen des Abgasrohres 3 selbst erzielt wird. Der Schalldämmkern 6 wird hier durch nicht dargestellte Mittel koaxial zum Abgasrohr 3 in diesem verankert.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm ist über der Frequenz (Abszisse) der Geräuschpegel (Ordinate) für das Abgasrohr 3 aufgetragen und zwar in bezug auf die Abszisse in logarythmischem Maßstab hingegen über die Ordinate in linearem Maßstab. Die Kurve 17 entspricht einem Grundgeräuschpegel der Feuerungsanlage. Die Kurve 18 zeigt den Geräuschpegel wie er erzielbar ist bei Einsatz des Schalldämmkerns und die Kurve 19 den Geräuschpegel ohne den Einsatz des Schalldämmkerns. Wie die Kurven erkennen lassen, ist die Wirkung des Schalldämmkerns bereits deutlich bei Frequenzen von größer als 30 Hz wirksam vorhanden. Besonders diese niederen Frequenzen sind bekannterweise schwer zu dämpfen und auch besonders geräuschvoll.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1

Heizkessel

2

Brenner

3

Abgasrohr

4

Gebäude

5

Mündungsbereich

6

Schalldämmkern

7

Vorderseite

8

Rückseite

9

Arme

11

Laschen

12

Mündungsbereich

13

Distanzhalter

14

Longitudinalschallwelle

15

Transversalschallwelle

16

Abgasschalldämpfer

17

Kurve

18

Kurve

19

Kurve

Claims

1. Schalldämpfer für Abgasgeräusche in vorzugsweise kondensatfesten, überdrucksicheren Abgasrohren oder Schornsteinen von Feuerungsanlagen (Brennwertkesseln), mit einem im Abgasrohr (3) in der Abgasströmung angeordneten, einen sich in Achsrichtung des Abgasrohres (3) erstreckenden, die Schalldämpfung bewirkenden, eine Mantelfläche aus gegen die Abgastemperatur beständigem anorganischem Material aufweisenden Schalldämmkern (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämmkern (6) mindestens 1,5 m lang ist, daß dieser Schalldämmkern (6) durch Aufhängemittel (9, 11, 13) unmittelbar im unveränderten Abgasrohr weitgehend koaxial zu diesem befestigt ist und daß dadurch eine Verengung des Strömungsquerschnitts für die Abgasströmung entsteht.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schalldämmkern (6) 40% bis 60% des Querschnitts des Abgasrohrs (3) einnimmt.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämmkern (6) gegen Ende des Abgasrohrs (3) angeordnet ist.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (8) des Schalldämmkerns (6) weitgehend bündig mit der Mündung (12) des Abgasrohrs (3) ist.

5. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämmkern (6) in das Abgasrohr (3) hineingehängt wird mit die Mündung (12) des Abgasrohrs übergreifenden Armen (9) als Aufhängemittel und mit radialen Distanzhaltern (13) zur Abgasrohrinnenwand.

6. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (7) des Schalldämmkerns (6) strömungsgünstig ausgebildet ist.

7. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämmkern (6) einen metallischen Mantel aufweist, welcher mit Dämmaterial, wie Dämmwolle gefüllt ist.

8. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Schalldämmkerns (6) perforiert ist.

9. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Aluminium oder nicht rostendem Stahl besteht.