DE19706155A1

DE19706155A1 - Geräuschdämpfungseinrichtung für Strömungs- und Körperschall

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Publication number: DE19706155A1
Application number: DE19706155A
Authority: DE
Original assignee: SOLVIS SOLARSYSTEME GmbH
Current assignee: SOLVIS SOLARSYSTEME GmbH
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-27
Also published as: DE29718655U1; DE59805564D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Geräuschdämpfungseinrichtung für Strömungs- und Körperschall.

Es ist bekannt, strömende Medien zur Erhöhung ihrer Energie zu pumpen. Ein typisches Beispiel hierfür sind Strömungskreisläufe, wie sie in Heizungseinrich tungen verwendet werden. Zur Beförderung der strömenden Medien, beispiels weise der Flüssigkeiten, werden Pumpen mit instationärer oder pulsierender Strömung eingesetzt. In bestimmten Anwendungsbereichen hat sich die Ver wendung von insbesondere Zahnradpumpen bewährt. Diese erzeugen aufgrund ihrer Arbeitsweise, nämlich durch das Bewegen des Mediums an ihrem Umfang in den Zahneingriffsbereich, eine pulsierende Strömung mit einer relativ hohen Frequenz. Die hohe Frequenz ergibt sich als Produkt aus Drehfrequenz und Zähnezahl, wobei sie je nach Bauart der Pumpe differiert und bei Zahnrad pumpen bei ca. 200 bis 250 Hz liegt. Durch den nicht harmonischen zeitlichen Verlauf der Druckpulse entstehen Oberschwingungen, die Frequenzen bis in den kHz-Bereich erzeugen, wodurch sie besonders unangenehm wirken. Diese Pulsation der Flüssigkeit oder des strömenden Mediums wird in den ange schlossenen Rohrleitungen, durch die sie fließt, nur wenig gedämpft und mit der Flüssigkeitssäule über große Entfernungen übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geräuschdämpfungseinrichtung zur Dämpfung der bei der Pulsation eines strömenden Mediums auftretenden Geräusche und von Körperschall zu schaffen und eine kontinuierliche Strömung zu erzeugen.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst. Weiter bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert. Dadurch wird eine Geräuschdämpfungseinrichtung für Strömungs- und Körperschall geschaf fen, bei der die Pulsation durch das elastische Durchströmungsteil abgefangen und dieses durch das Wellrohr gleichzeitig gestützt wird. Die durch die Druck pulsation auftretende Lärmbelästigung wird stark vermindert. Es kann bei spielsweise ein Dämpfungsfaktor von 20 für die Pulsation und von 22 für die Dämpfung des Körperschalls der Pumpe erzielt werden. Durch die Kombination von weichen und harten Materialien und dem Schaffen von Pulsationsfängern im Wellrohr geschieht eine gute Dämpfung. Die Geräuschdämpfungseinrichtung erweist sich auch deswegen als vorteilhaft, weil sie aus relativ wenig Material besteht und dennoch einen hohen Grad an Dämpfung erzeugen kann. Desweiteren gewährt sie selbst bei Verschleiß des innenliegenden elastischen Durchströmungsteils eine hohe Sicherheit. Falls das Durchströmungsteil spröde wird und bricht, tritt die dieses durchströmende Flüssigkeit in das ummantelnde Wellrohr ein. Dadurch geht zwar der Schalldämpfungseffekt des elastischen Durchströmungsteils verloren, nicht jedoch die Funktionsfähigkeit der gesamten Einrichtung. Der Schaden wird hörbar aufgrund der mangelnden Dämpfung der Pulsation durch das elastische Durchströmungsteil. Eine solche Leckage wird daher bereits lange vor einer vollständigen Zerstörung der Geräuschdämpfungs einrichtung bemerkt werden. Dadurch wird durch die Ge räuschdämpfungseinrichtung eine besonders große Sicherheit gewährleistet.

Im Prinzip wird eine Geräuschdämpfungseinrichtung für Strömungs- und Kör perschall geschaffen, bei der ein tief eingezogenes Wellrohr ein schlauchför miges Durchströmungsteil aus einem weichen, elastischen Material ummantelt. Das Durchströmungsteil ist dabei vorzugsweise an seinen Enden mit einer An schlußmuffe verbunden. Die Anschlußmuffe dient zum Anschließen der Ge räuschdämpfungseinrichtung an beispielsweise eine Zahnradpumpe. Das aus der Zahnradpumpe geförderte strömende Medium fließt durch das elastische Durchströmungsteil. Aufgrund seiner Elastizität senkt das Durchströmungsteil die Pulsation der Flüssigkeit oder des strömenden Mediums und dämpft sie.

Durch die tief eingezogenen Rillen des Wellrohres kann das elastische Durch strömungsteil sich relativ weit ausdehnen. Dabei fangen diese Rillen auch die auf das Durchströmungsteil übertragenen Pulse bei der Flüssigkeitsbewegung ab. Das um den beispielsweise elastischen Schlauch als Durchströmungsteil angeordnete, tief eingezogene Wellrohr dient ebenfalls der Stützung des ela stischen Schlauches. Das Wellrohr ist im wesentlichen starr, aber biegsam. Es kann dadurch in eine solche Position gebogen werden, die an dem entspre chenden Anwendungsort erforderlich ist. Die wellenförmige Außenhaut des Wellrohres weist starke Unterschiede zwischen Wellenhügeln und Wellentälern auf, was als tief eingezogen bezeichnet wird. Durch die tief eingezogene, wel lenförmige Außenhaut wird dem innenliegenden elastischen Schlauch ein aus reichender Raum zur Ausdehnung bei den Pulsen des strömenden Mediums geboten.

Um eine Körperschallübertragung zwischen Anschlußmuffe und Wellrohr zu ver meiden, ist das eine Ende des elastischen Durchströmungsteils so weit über die Anschlußmuffe gezogen, daß sich Wellrohr und Anschlußmuffe nicht berühren. Ein Anschlagen des pulsierenden Wellrohres an der Anschlußmuffe und evtl. auftretende Resonanzschwingung mit Lärmentwicklung kann nicht vorkommen.

Die in Strömungsrichtung wirkende Pulsation wird durch die elastische Wan dung des Durchströmungsteils in eine Querströmung umgewandelt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die strömende Flüssigkeitssäule in einer an die Dämpfungseinrichtung angeschlossenen Rohrleitung als hydraulische Sperr masse wirkt.

Aufgrund des großen Massenverhältnisses der Flüssigkeitssäule zu der Masse im Bereich des Durchströmungsraumes - als Ringraum - des Wellrohres weicht die Flüssigkeit zwangsläufig in die Hohlräume im Wellrohr aus. Die Masse des elastischen Durchströmungsteils ist dabei weniger relevant. Die Wirkung der Dämpfung der Pulsation kann durch Einbringen einer Strömungsdrossel am Ausgang der Geräuschdämpfungseinrichtung zusätzlich erhöht werden.

Für den Dämpfungsfaktor der Pulsation ist das Verhältnis von Länge der Dämpfungseinrichtung zu der Elastizität des Durchströmungsteils entscheidend. Je länger nämlich das Durchströmungsteil und je elastischer der Schlauch ist, desto größer ist die Dämpfung. Die Elastizitätsgrenze ist durch die Druckfestig keit des Schlauches bestimmt. Bei einer zu hohen Elastizität legt sich der Schlauch sofort an das Wellrohr von innen an, wodurch die Wirkung der Dämpfung verschwindet. Deswegen wird die Geräuschdämpfungseinrichtung für jeden Druckbereich speziell ausgelegt. Beispielsweise können Einrichtungen für die Bereiche von p = 4 ± 2 bar, 10 ± 3 bar, 25 ± 4 bar, 150 ± 30 bar etc. ge wählt werden.

Die Körperschalldämpfung wird erzielt durch die Verlängerung des Schallüber tragungsweges durch den Ringraum des Wellrohres in Kombination mit der Rei bungsdämpfung durch das elastische Durchströmungsteil, welches durch den statischen Druck an das Wellrohr angepreßt wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbei spiel einer Geräuschdämpfungseinrichtung für Strömungs- und Körperschall anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine Schnittzeichnung einer erfindungsgemäßen Geräuschdämpfungs einrichtung,

Fig. 2 einen Detailausschnitt der Geräuschdämpfungseinrichtung gemäß Fig. 1 bei Pulsation der Flüssigkeit und

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch eine Zahnradpumpe mit ange schlossener Geräuschdämpfungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch das Detail einer Geräuschdämpfungsein richtung 1 für Strömungs- und Körperschall. Ein strömendes Medium ist durch einen schwarzen Pfeil angedeutet. Die Geräuschdämpfungseinrichtung 1 weist eine Anschlußmuffe 2 als sogenanntes Fitting auf. Die Anschlußmuffe 2 ist mit einem Innengewinde 3 versehen. In diesem Bereich kann sie an ein ent sprechendes Anschlußstück an beispielsweise einer Zahnradpumpe ange schlossen werden. Die Anschlußmuffe geht unterhalb des Innengewindes 3 von dem weiteren Kopfteil 4 in ein Anschlußstück 5 geringeren Durchmessers über. Das Anschlußstück 5 ist an zumindest zwei Stellen punktuell mit auf der Außenseite 6 liegenden Ausnehmungen 7 versehen.

In die Ausnehmungen 7 auf der Außenseite 6 des Anschlußstückes 5 greifen Bereiche eines das Anschlußstück 5 ummantelnden elastischen Durchströ mungsteils 10 ein. Dies kann beispielsweise ein Schlauch sein. Der Schlauch 10 ist fest und formstabil über die Anschlußmuffe 2 gezogen. Das Schlauchende 11 lagert an dem Übergangsbereich von Kopfteil 4 zu Anschlußstück 5 der Anschlußmuffe 2 an. Der Schlauch ist vorzugsweise aus einem Elastomer, insbesondere aus Silikon hergestellt. Er weist eine solche Weichheit und Ela stizität auf, daß er dicht an der Anschlußmuffe abschließt. Ein Austreten des strömenden Mediums aus diesem Schlauch im Bereich der Anschlußmuffe ist daher nicht möglich. Um einen Verschleiß des Schlauches zu vermeiden, ist die ser vorteilhaft aus einem temperaturbeständigen und gegen Alterung beständi gen Material gefertigt.

Der Schlauch 10 wird auf seiner Außenfläche 12 von einem Wellrohr 13 umge ben. Das Wellrohr 13 weist tief eingezogene Wellenhügel 14 und Wellentäler 15 auf. Das Wellrohr ist aus einem festen, formstabilen Material, insbesondere Edelstahl gefertigt. Es stützt den Schlauch 10 von außen ab und schützt ihn gleichzeitig vor äußerer Beschädigung.

Um eine Übertragung von Körperschallgeräuschen von der Anschlußmuffe 2 auf das Wellrohr 13 zu vermeiden, berühren sich diese beiden Teile nicht. Dies wird dadurch verhindert, daß das Schlauchende 11 des Schlauches 10 so weit über die Anschlußmuffe 2 gezogen ist, daß das obere Ende 16 des Wellrohres 13 lediglich dieses Schlauchende 11 berühren kann. Das Wellrohr 13 hat einen solchen inneren Durchmesser, daß es den Schlauch 10 fest auf das Anschluß stück 5 der Anschlußmuffe 2 drückt. Dadurch ist der elastische Schlauch gegen ein Abgleiten von der Anschlußmuffe und evtl. Freigeben einer Berührungs fläche zwischen Wellrohr und Anschlußmuffe geschützt. Durch die Ummante lung des weichen Schlauches mit dem harten und formstabilen Wellrohr wird der Schlauch mechanisch abgestützt und kann somit höhere innere Drücke des pulsierenden strömenden Mediums ertragen.

In Fig. 2 ist ein Detailausschnitt der Geräuschdämpfungseinrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt. Das pulsierende strömende Medium, dargestellt durch in Längs- und Querrichtung verlaufende Pfeile, preßt den inneren weichen Schlauch 10 in Querrichtung in Richtung gegen die durch die Wellenhügel 14 entstehenden inneren Hohlräume des Wellrohres 13. Dabei berührt der Schlauch das Wellrohr jedoch nicht. Dadurch wird eine Übertragung der Pulsa tion des strömenden Mediums in Längsrichtung reduziert. Die Pulsation wird also gedämpft. Das tief eingezogene Wellrohr 13 alleine könnte eine solche Dämpfung nicht gewährleisten. Die Pulsation des strömenden Mediums würde das Wellrohr lediglich in Längsschwingungen versetzen. In dieser Längs schwingung schwingt ebenfalls die Flüssigkeitssäule. Erforderlich zum Abbau der Pulsation des strömenden Mediums ist aber eine Querbewegung des Dämpfungsmaterials. Diese Querbewegung kann gerade von dem weichen, elastischen Schlauch 10 ausgeführt werden. Die Druckpulsation wird also da durch abgebaut, daß der Schlauch aufgrund seiner hohen Elastizität in radialer Richtung nachgiebig ist. Das elastische Durchströmungsteil darf jedoch nicht vollständig an dem Wellrohr anliegen, da ansonsten keine Dämpfung mehr möglich ist. Die Radialbewegung des elastischen Durchströmungsteils beträgt nur ca. 0,1 mm.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch eine Zahnradpumpe 17, mit angeschlos sener Geräuschdämpfungseinrichtung 1. Die Zahnradpumpe weist zwei mit einander kämmende außenverzahnte Räder 18, 19 auf. Es ist eine Flüssigkeits zufuhr 20 und eine Flüssigkeitsabfuhr 21 vorgesehen. Diese sind durch Pfeile verdeutlicht. Ebenso ist die Drehrichtung der beiden Zahnräder 18, 19 durch Pfeile angedeutet. Die Verdrängung erfolgt also in Fig. 3 von links nach rechts. Durch den Zahneingriff wird dem Förderstrom des strömenden Mediums eine Pulsation mit Zahnfrequenz überlagert. Die Frequenz der Ungleichförmigkeit hängt dabei vor allem von der Zähnezahl ab. Die Strompulsation bewirkt Druckschwingungen im Druckraum und verursacht Laufgeräusche der Pumpe. Ursache der Druckpulsation sind mit inkompressibler Flüssigkeit gefüllte Zahn lücken. In dem Bereich, in dem die Zahnräder 18, 19 miteinander kämmen, wird Flüssigkeit verdrängt. Die Menge der verdrängten Flüssigkeit hängt daher von dem Volumen zwischen den Zähnen der Zahnräder ab. Ebenso hängt auch die Amplitude der Pulsation von diesem Volumen ab. Ein weiterer Parameter für die Amplitude der Pulsation ist die Zeit, während der die Verdrängung erfolgt. Zur Verlängerung der Zeit wird vorteilhaft eine Schrägverzahnung vorgesehen oder die Erniedrigung der Drehzahl. Zur Verkleinerung des Zahnvolumens bei gleichzeitigem Konstanthalten des Fördervolumens wird ein größerer Zahnrad durchmesser vorgesehen bei gleichzeitiger Verkleinerung der Zahnhöhe. Damit wird zwar die Zähnezahl erhöht und dabei die Frequenz der Pulsation, jedoch die Amplitude der Pulsation wird als wesentliche Störgröße erheblich verringert. Die Pulsation als rhythmische Verdrängung der Flüssigkeit aus den Zahnlücken in Richtung der Flüssigkeitsabfuhr 21 bleibt erhalten.

Würde an die Zahnradpumpe 17 direkt eine feste Rohrleitung 22 angeschlos sen, fände keine Dämpfung der Pulsation statt. Die Druckpulsation würde über die gesamte Länge der Rohrleitungen auch auf große Entfernungen übertragen werden. Dies bedeutet dann eine Lärmbelästigung über die gesamte Länge der Rohrleitung und an deren Ende. Wenn also beispielsweise die Zahnradpumpe und die Rohrleitung Teile eines Heizungssystems sind, wird die Pulsation bis zum Heizungskörper hin hörbar.

In Fig. 3 ist daher zwischen die Rohrleitung 22 und die Zahnradpumpe 17 die Geräuschdämpfungseinrichtung 1 eingefügt. Der Übergang von der Ge räuschdämpfungseinrichtung zur Zahnradpumpe ist dargestellt, nicht jedoch der Übergangsbereich zur Rohrleitung 22. Die Rohrleitung 22 wird vorteilhaft ent sprechend über eine Anschlußmuffe mit der Geräuschdämpfungseinrichtung verbunden. Die Geräuschdämpfungseinrichtung ist über eine Verbindungsmuffe mit der Flüssigkeitsabfuhr 21 der Zahnradpumpe 17 verbunden. Noch bessere Geräuschdämpfung wird durch Vorsehen einer weiteren Geräuschdämpfungs einrichtung auf der Zufuhrseite erzielt.

Die Dämpfung der Pulsation erfolgt wie zu Fig. 2 beschrieben. Falls eine weitere Dämpfung des Körperschalls der Pumpe erforderlich sein sollte, kann an der Kupplungsstelle zwischen der Geräuschdämpfungseinrichtung 1 und der Rohr leitung 22 eine Sperrmasse eingefügt werden. Dies kann beispielsweise in Form einer eingeschraubten Masse von vorteilhaft m = 150 g erfolgen. Die Sperrmasse kann jedoch die Druckpulsation nicht beeinflussen. Mit der erfin dungsgemäßen Geräuschdämpfungseinrichtung können in einem bestimmten Anwendungsfall bei beispielsweise einer Länge der Geräuschdämpfungseinrich tung von 350 mm Dämpfungswerte von 26 dB, was einem Dämpfungsfaktor von 20 entspricht, erzeugt werden. Wird für die Geräuschdämpfungseinrichtung eine größere Länge gewählt, können noch bessere Dämpfungswerte erzielt werden. Die Lärmbelästigung durch eine solche Zahnradpumpe wird damit erheblich reduziert. Die Pumpe selbst kann zur Vermeidung von Körperschallübertragung über ihre Befestigung beispielsweise zusätzlich noch auf weichen Gummipuffern gelagert werden, um ihren eigenen Körperschall zu isolieren.

Bezugszeichenliste

1

Geräuschdämpfungseinrichtung

2

Anschlußmuffe

3

Innengewinde

4

Kopfteil

5

Anschlußstück

6

Außenseite

7

Ausnehmung

10

Schlauch/Durchströmungsteil

11

Schlauchende

12

Außenfläche

13

Wellrohr

14

Wellenhügel

15

Wellental

16

oberes Ende

17

Zahnradpumpe

18

Zahnräder

19

Zahnräder

20

Flüssigkeitszufuhr

21

Flüssigkeitsabfuhr

22

Rohrleitung

23

Verbindungsmuffe

Claims

1. Geräuschdämpfungseinrichtung für Strömungs- und Körperschall, dadurch gekennzeichnet, daß ein tief eingezogenes Wellrohr (13) ein Durchströmungsteil (10) aus ei nem weichen, elastischen Material ummantelt.

2. Geräuschdämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchströmungsteil (10) nicht vollständig an dem Wellrohr (13) an liegt.

3. Geräuschdämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchströmungsteil (10) mit einer Anschlußmuffe (2) verbunden ist.

4. Geräuschdämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmuffe (2) auf ihrer Außenseite (6) im Bereich ihres An schlußstückes (5) zum Anschluß an das Durchströmungsteil (10) punktuell Ausnehmungen (7) aufweist, in die dieses formschlüssig eingreift.

5. Geräuschdämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weiche, elastische Durchströmungsteil (10) die Anschlußmuffe (2) von außen so umgreift, daß das Wellrohr (13) die Anschlußmuffe (2) nicht berührt, wobei das Wellrohr (13) das Durchströmungsteil (10) fest auf die An schlußmuffe (2) zumindest im Bereich ihres Anschlußstückes (5) preßt.

6. Geräuschdämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weiche, elastische Durchströmungsteil (10) aus einem temperatur beständigen und gegen Alterung beständigen Material gefertigt ist.

7. Geräuschdämpfungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchströmungsteil (10) ein Schlauch ist und aus einem Elastomer, insbesondere aus Silikon, besteht.

8. Geräuschdämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr (13) aus einem festen Material, insbesondere aus Edelstahl besteht.

9. Geräuschdämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmuffe (2) Mittel (3) zum Verbinden mit einer Pumpe, insbe sondere einer Zahnradpumpe (17) aufweist.

10. Geräuschdämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschdämpfungseinrichtung (1) Mittel zum Verbinden mit einer Rohrleitung (22) aufweist.

11. Geräuschdämpfungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Verbinden mit der Rohrleitung (22) eine Anschlußmuffe ist, insbesondere in Verbindung mit einer Sperrmasse, die an der Kupplungs stelle zwischen Geräuschdämpfungseinrichtung (1) und Rohrleitung (22) ein gefügt ist.

12. Verfahren zur Geräuschdämpfung von Strömungs- und Körperschall, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Strömungsrichtung wirkende Pulsation des strömenden Mediums durch eine elastische Wandung eines Durchströmungsteils (10) in eine hori zontale Strömung umgewandelt wird, wobei die strömende Flüssigkeitssäule in einer angeschlossenen Rohrleitung (22) als hydraulische Sperrmasse wirkt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorsehen einer Strömungsdrossel am Ausgang der Geräusch dämpfungseinrichtung die Pulsationsdämpfungswirkung erhöht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsfaktor der Pulsation durch Ändern des Verhältnisses von Länge der Dämpfungseinrichtung zur Elastizität des Durchströmungsteils eingestellt wird, wobei eine Auslegung für verschiedene Druckbereiche vor genommen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Körperschall durch Verlängerung des Schallübertragungsweges in Kombination mit Reibungsdämpfung gedämpft wird.