DE2019416A1 - Schalldaempfer fuer stroemende Gase - Google Patents
Schalldaempfer fuer stroemende GaseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für strömende Gase, insbesondere für LUftungs- und Klimaanlagen, welcher aus
einem rohrförmigen Strömungskanal beliebiger, vorzugsweise rechteckiger oder quadratischer, Querschnittsform besteht und nach
einem kombinierten Absorptions- und Resonanzprinzip arbeitet und welcher einen nach außen hin gasdichten Mantel besitzt, der im
Innern mindestens eine, vorzugsweise mehrere, zur Schalldämpfung dienende Kulissen aufweist, die im wesentlichen in einer parallel
zur Strömungsrichtung des Gases verlaufenden Ebene sich erstrekken und die mindestens eine Platte aus einem festen Werkstoff,
wie z.B. aus Stahlblech, und wenigstens eine Schicht aus porösem, zur Schalldämpfung geeigneten Werkstoff besitzen, wobei die
dem Gas zugekehrten Oberflächen der Kulissen abriebfest ausgebildet sind. .
Derartige Schalldämpfer werden vor allem bei LUftungs-
und Klimaanlagen, aber auch für andere Zwecke, wie beispielsweise bei Industriegebläsen und im Schiffsbau, eingesetzt. Bei
solchen Schalldämpfern 1st man bestrebt, erstens eine möglichst weitgehende Schalldämpfung zu erreichen und zum zweiten den
Strömungswiderstand des durchströmenden Gases möglichst gering zu halten. Man hat daher bereits verschiedenartige Schalldämpfer
gebaut, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, beispielsweise nach de« Absorptionsprinzip, nach dem Resonanzprinzip oder aber nach einer Kombination von Absorptions- und Resonaiizprlnxip.
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Bei Schalldämpfern, welche nach dem Absorptionsprinzip arbeiten, werden die Wandungen der Kanäle innenseitig mit
porösen Werkstoffen, die zur Schalldämpfung geeignet sind, ausgekleidet. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise Mineralwolle.
Die schwingenden Gasteilchen reiben sich an den Pasern dieser Mineralwolle, wodurch Schällenergie in Wärme umgewandelt und so
der vorbeiströmenden Luft entzogen wird. Um die Wirkung, insbesondere
bei großen Strömungsquerschnitten, zu verbessern, werden in den Strömungskanal Kulissen eingebaut, die sich im wesentlichen
parallel" zur Strömungsriehtung des Gase3 erstrecken. Diese Kulissen, die plattenförmig ausgebildet sind, besitzen einen
festen, im Querschnitt U-förmigen Rahmen, wobei im Innern des Rahmens Mineralwolle bzw. Mineralwollplatten angeordnet sind.
Die mit dem strömenden Gas in Berührung kommenden Außenflächen sind zwar akustisch transparent, Jedoch abriebfest ausgebildet,
so daß sie zumindest in bestimmten Grenzen von dem strömenden Gas nicht beschädigt werden können* Zu diesem Zweck ist es bereits
bekannt, Mineralwolle oder Mineralwollplatten mit einer Folie oder mit einem Vlies, wie z.B. Glasvlies, zu überziehen.
Ferner ist es bereits bekannt, die Außenflächen derartiger Kulissen mit gelochten Metallblechen oder gelochten Kunststoffplatten außenseitig zu versehen, wobei die Löcher dieser Platten
über die gesamte Fläche der Kulisse gleichmäßig verteilt angeordnet
sind. Das Innere dieser Kulissen ist, sofern nicht entsprechend dicke Min«ralwoll-Außenplatten verwendet werden, mit
loser Mineralwolle oder plattenförmiger Mineralwolle ausgefüllt.
Bei Schalldämpfern, die nach dem Resonanzprinzip arbeiten, sind vor allem die λ/4-Resonatoren bekannt. Hierbei werden
in den Kulissen durch quer zur Strömungsriehtung des Gases eingearbeitete Wände Kammern gebildet, deren Tiefe etwa gleich
einem Viertel der Wellenlänge der in erster Linie zu dämpfenden Schallsohwingungen bemessen ist. Diese Kammern sind dabei ganz
mit schalldämpfendem Werkstoff gefüllt. Eine Kulisse, die im Gasstrom liegt und beidseitig wirksam sein soll, wird somit
eine Gesamtdloke aufweisen, die etwa der halben Wellenlänge der in erster Linie zu dämpfenden Schallwellen entspricht.
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Bei einem ebenfalls bekannten Schalldämpfer, der nach
einem kombinierten Absorptions- und Resonanzprinzip arbeitet,
besitzen die Kulissen im Innern eine oder zwei aus Metallblech oder Kunststoff bestehende ungelochte Platten, welche beidseitig
mit einer relativ dicken Schicht eines schalldämpfenden
Werkstoffes, wie z.B. Mineralwolle, versehen sind. Die mit dem Gasstrom in Berührung kommenden Außenflächen der schalldämpfenden
Schichten sind lediglich mit einem dünnen Vlies oder einer dünnen Folie verkleidet und im übrigen ungeschützt. Diese Verkleidung verhindert einen Abrieb lediglich bis zu einer begrenzten
Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Sie schützt jedoch nicht gegen irgendwelche mechanischen Beanspruchungen. Die beiden Außenschichten
aus z.B. Mineralwolle wirken zunächst nach dem Absorptionsprinzip,
wie eingangs bereits beschrieben. Die im Innern
dieser Kulisse angeordneten, aus einem festen Werkstoff bestehenden
ungeloehten Platten bzw. Platte ermöglichen es, einen Resonanzeffekt auszunutzen, der dadurch entsteht, daß diese
Platte bzw. Platten durch die Schallwellen in ihren Eigenfrequenzen zum Mitschwingen angeregt werden und auf diese Weise dem
Luftstrom in geringem Maße Schallenergie entziehen. Die Eigenfrequenzen dieser ungeloehten Platte bzw. Platten sind von der
Masse und den Abmessungen derselben abhängig.
Die bekannten Schalldämpfer bzw. Kulissen, bei denen außenseitig schalldämpfe-nder Werkstoff angeordnet ist, der lediglich von einer dünnen Folie oder einem dünnen Vlies geschützt
wird, besitzen den wesentlichen Nachteil, daß die Kulissen sehr
leicht beschädigt werden können, und zwar vor allem beim Transport,
bei der Montage sowie bei der Reinigung des Schalldämpfers
bzw. seiner Kulissen. Darüber hinaus kann es zu Beschädigungen kommen, wenn vom Gasstrom Verunreinigungen mitgerissen werden,
welche in der Lage sind, die empfindliche, lediglich für das strömende Gas abriebfeste Oberfläche der Kulissen zu beschädigen.
Dieser Nachteil tritt zwar bei solchen Schalldämpfern nicht auf,
bei denen die mit dem strömenden Gas in Berührung kommenden
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Außenfläohen aus einer festen Platte aus Kunststoff oder Metall
bestehen® Diese Platten dienen bei der bekannten Bauart jedoch
im wesentlichen nur als Oberflächenschutz für den schalldämpfenden Werkstoff im Innern der Kulisse und haben keinen nennenswerten
Anteil an der Dämpfung des Schalls» Bei dieser bekannten Bauart ist die schalldämpfende Wirkung vor allem im unteren
Frequenzbereich unbefriedigend s ©s sei denn* daß man, um diesen
Nachteil auszugleichen s eine Kulisse mit besonders großer
Dicke wählt., Hieraus resultiert ein. weiterer Nachteil der bekannten
Schal !dämpf er bzw. Ihrer Kulissen, welcher darin zu
sehen ist, daß die Kulissen^ um eine befriedigende schalldämpfende
Wirkung zu erhalten, besonders dick ausgebildet iuerden müssen
und somit grole Außenabraessungen erhalten, wodurch sich ihr
Einbau oftmals als recht schwierig erweist,. Auch ist du ^ Ge»
wicht solcher Schalldämpfer entsprechend hoeh^ was Transport
und Montage wesentlich ersatoert„ Sind demgegenüber bestimmte
Außenabmessungen aus irgend einem Grund vorgeschrieben,
so wirkt sich die größere Dioke der Kulissen nachteilig
auf den zur Verfügung stehenden freien Durchströmquerschnitt
für das Gas aus und der StPÖmungTOiderstand nimmt erheblich zu»
Erhöhter Strömungswiderstand und groSer Druekverlust bedeuten in
praktisch allen Fällen, daS ü<sr Lüfter« Ventilator, das Gebläse
od. dgl. stärker ausgelegt werden muß, was mit entsprechend höheren
Anschaffungs-
und Betriebskosten verbunden ist.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Schalldämpfer für strömende Oase, insbesondere für Lüftungsund Klimaanlagen zu schaffen, dem die vorstehend behandelten
Nachteile nicht anhaften, sondern der Kulissen besitzt, die bei besonders großer Stabilität und kleinen Abmessungen eine starke
schalldämpfende Wirkung vor allem im unteren Frequenzbereich besitzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
in den beiden äußeren, dem Oasstrom zugekehrten Querschnittsbereichen einer Kulisse jeweils eine Platte mit im Abstand voneinander
vorgesehenen durchbrochenen* strelfenförmigen Flächenabschnitten angeordnet ist, wobei die durchbrochene Gesamtfläche
kleiner als die verbleibende, nicht durchbrochene Gesamtfläche ist und daß die beiden Platten einer Kulisse einander so
zugeordnet sind, daß quer zur Strömungsrichtung betrachtet die
durchbrochenen, strelfenförmigen Flächenabschnitte der beiden
Platten zumindest im wesentlichen auf Lücke versetzt zueinander,
angeordnet sind.
Hierduroh wird zunächst erreicht, daß im äußeren Bereich
der Kulissen Platten aus festem Werkstoff, wie z.B. Stahlblech, vorhanden sind, welche das z.B. aus Mineralwolle bestehende
Innere der Kulisse zuverlässig schützen. Infolgedessen ist beim Transport, bei Montage- und Reinigungsarbeiten eine Beschädigung
der Kulissen, insbesondere der relativ empfindlichen, im Innern
der Kulisse angeordneten Mineralwolleschicht nicht zu befürchten. Die Kulisse selbst erhält durch die beiden aus festem Werkstoff
bestehenden Platten eine große Stabilität, so daß auch ein Verziehen und Verwerfen weitgehend ausgeschlossen ist. Bilden die
aus einem festen Werkstoff bestehenden Platten sogar die direkt
mit dem strömenden aas in Berührung kommenden Außenflächen, so
können selbst erhebliche Verunreinigungen des Oasstromes keine
nennenswerten Schäden an den Kulissen anrichten.
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Im Gegensatz zu der bekannten Bauart, bei welcher außenseitig ebenfalls Platten aus einem festen Werkstoff angeordnet
sind, so daß auch dort keine nennenswerten Beschädigungen der Kulissen zu befürchten sind, wirken bei dem erfindungsgemäßen
Schalldämpfer bzw. bei dessen Kulissen jedoch die in den beiden äußeren, dem Gasstrom zugekehrten Querschnittsbereichen
angeordneten Platten aus festem Werkstoff zu einem wesentlichen Teil bei der Schalldämpfung mit. Es hat sich herausgestellt, daß
die Platten dann in erheblichem Maße schalldämpfend wirken, wenn sie nicht gleichmäßig über ihre gesamte Fläche mit Löchern versehen
sind, sondern nur im Bereich streifenförmiger Flächenabschnitte
Durchbrechungen aufweisen. Von der Erfindung wurde erkannt,
daß sich dann, wenn die Platten mit durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitten versehen sind, eine wesentliche
Verbesserung der Schalldämpfung ergibt, vorausgesetzt, daß
quer zur Strömungsrichtung gesehen die durchbrochenen, streifenförmigen
Flächenabschnitte der beiden Platten zumindest im wesentlichen auf Lücke versetzt zueinander angeordnet sind und
wenn ferner die durchbrochene Gesamtfläche kleiner ist als die verbleibende, nicht durchbrochene Gesamtfläche. Erst wenn diese
von der Erfindung als wesentlich erkannten Voraussetzungen erfüllt sind, tritt eine sehr vorteilhafte schalldämpfende Wirkung
auch durch die beiden Platten einer Kulisse ein, während bei Platten, die durchgehend über ihre gesamte Fläche gleichmäßig
mit Löchern versehen sind, wobei die Löcher in den beiden Platten einander gegenüberliegend angeordnet sind, eine nennenswerte
schalldämpfende Wirkung durch die Platten nicht erreioht wird. Schon eine kleinere Überlappung der durchbrobhenen, streifenförmigen
Flächenabschnitte der beiden Platten einer Kulisse führt zu einer Verschlechterung der schalldämpfenden Wirkung. Die Verbesserung
der Schalldämpfung bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer
ist vor allem im unteren Frequenzbereich sehr groß. Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Schalldämpfer bzw. seine Kulissen
gerade für den Frequenzbereich besonders geeignet sind, bei dem die bekannten Schalldämpfer bzw. Kulissen eine besonders
schlechte Wirkung zeigen oder eine besonders große Dicke benötigen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Schalldämpfers ist demzufolge seine geringe Dicke, mit
der man bei seinen Kulissen auskommt. Es hat sieh nämlich gezeigt,
daß es bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer völlig
ausreicht, die Dicke der Kulissen nur etwa halb so dick auszubilden,
wie man Kulissen bekannter Bauart für den gleichen Frequenzbereich ausbilden muß. Eine solche wesentliche Verringerung
der Kulissendicke führt naturgemäß zu einer entsprechenden Verringerung der Außenabmessungen des Schalldämpfers bei
gleicher Leistung und maximaler Schalldämpfung im gleichen
Frequenzbereich. Der Einbau des erfindungsgemäßen Schalldämpfers.:
in eine geplante oder bereits bestehende Anlage wird durch den geringeren Platzbedarf wesentlich erleichtert. Geht man demgegenüber von bereits vorhandenen Außenabmessungen des Schalldämpfers
aus bzw. behält die Außenabmessungen von Schalldämpfern
bekannter Bauarten bei, so ergeben sieh im Innern des Schalldämpfers wesentlich größere Durchströmquerschnitte für das Gas,
so daß der Druckverlust bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer
erheblich niedriger wird, weil auch die Reibungsverluste bedeutend
kleiner werden. Infolgedessen ist es möglich, bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers bei sonst gleichen
Verhältnissen mit Lüftern, Gebläsen od. dgl. auszukommen,. die
eine geringere Leistung besitzen, wodurch die Herstellung-
und Betriebskosten der gesamten Anlage entsprechend niedriger werden und die gesamte Anlage wirtschaftlicher arbeitet. Darüber
hinaus besitzt der erfindungsgemäße Schalldämpfer bzw. seine
Kulissen noch den Vorteil, daß sie im Gegensatz zu bekannten
Schalldämpfern, die nach dem Resonanzprinzip arbeiten, keine Kammern besitzen, was die Herstellung der Kulissen wesentlich
vereinfacht und die Fertigungskosten verringert. .
Ss hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der
Anteil der durchbrochenen Gesamtfläche etwa 15 bis 40 %, vorzugsweise etwa 20 bis 30 %, der Gesamtfläche einer Platte beträgt. Auch 1st es zweckmäßig, wenn der Anteil der tatsächlich
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durchbrochenen Fläche eines durchbrochenen, stretfenförmigen Flächenabschnittes mindestens etwa 20 %$ vorzugsweise etwa j50
bis 40 %, der Gesamtfläche des durchbrochenen, streifenförmlgen
Flächenabschnittes beträgt. Eine derartige Bemessung der durchbrochenen
Fläche zeigt die beste schalldämpfende Wirkung, die unterhalb der vorstehend angegebenen unteren Grenzwerte sehr
stark abnimmt und daher nicht zu empfehlen ist. Bei einem Anteil der durchbrochenen Gesamtfläche an der Gesamtfläche einer
Platte von mehr als 40 % wird einmal die mechanische Festigkeit
der Platten zu gering und zum zweiten läßt sich dann eine auf Lücke versetzte Anordnung der durchbrochenen streifenförmigen
Flächenabschnitte nicht mehr oder kaum mehr durchführen. In besonders gelagerten Fällen ist es jedoch möglich, die vorerwähnten
Prozentzahlen nach oben oder unten geringfügig zu überschreiten, um in Einzelfällen besondere Wirkungen zu erzielen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Breite der durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte
etwa 10 bis 100 mm. Bei diesen Abmessungsverhältnissen hat man bei guter Stabilität der einzelnen Kulissen eine optimale
Schalldämpfung.
Im allgemeinen erstrecken sich die durchbrochenen, streifenfb'rraigen Flächenabschnitte etwa senkrecht zur Strömungsrichtung. Demgegenüber ist es jedoch auch möglich, die durchbrochenen,
streifenförmigen Flächenabschnitte bis zu etwa 45°
geneigt zur Strömungsrichtung verlaufen zu lassen.
Außerdem 1st es empfehlenswert, wenn die DurchbrUohe
im Bereich der durchbrochenen, streifenförmigen Fläohenabsohnltte
aus einer Vielzahl von kreisrunden Bohrungen bestehen. Zweckmäßigerweise sollten diese Bohrungen einen Durohmesser von etwa
1 bis 10 mm, vorzugsweise von etwa 3 bis 5 n»»« besitzen· Ss hat
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sich dabei herausgestelit, daß es für die Schalldämpfung, aber
auch für die Stabilität der Kulissen günstiger ist, wenn viele
kleine Löcher vorgesehen werden als entsprechend wenige» Jedoch wesentlich größere Löcher. Babel brauchen die Löcher nicht unbedingt
kreisrund zu sein, sondern die Durchbrüche im Bereich der durchbrochenen, »treifenförnilgen Flächenabschnitte können
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch aus zahlreichen eckigen oder aus im wesentlichen elliptischen oder aus langgestreckten
Bohrungen bestehen. Dabei ist es von Vorteil, wenn bei eckigen oder im wesentlichen elliptischen oder langgestreckten
Bohrungen die durchbrochene Fläche Jeder Bohrung etwa 1 bis 80 mm beträgt. Diese Bemessung der durchbrochenen Fläche einer
solchen Bohrung entspricht den Flächen der kreisrunden Bohrungen mit den entsprechenden vorgenannten Durchmessern.
Grundsätzlich ist es Jedoch auch möglich» daß die
Durchbrüche im Bereich der durchbrochenen, streifenförmigen
Flächenabschnitte aus langgestreckten, offenen Spalten geringer Breite bestehen. Vor allem hinsichtlich der Festigkeit der Platten bzw. Kulissen empfiehlt es sich dabei, die Spalte auf ihrer
gesamten axialen Länge mindestens einmal» vorzugsweise mehrmals,
mit einem geschlossenen Steg zu unterbrechen. Derartige Stege
vermeiden ein leichtes Durchbrechen der Platten im Bereich der Spalte, Da diese Spalte eine verhältnismäßig große zusammenhängende
Fläche des Kuliseeninneren freigeben und den dahinterliegenden
schalldämpfenden Werkstoff, z.B. Mineralwolle, Im
Bereich der Spalte freilassen» ist es vorteilhaft, wenn hinter den Spalten eine akustisch transparente, Jedoch abriebfeste Oberfläche, z.B. aus einem Vlies aus Mineralwolle, aus einer geeigneten Folie, Schicht od. dgl. vorhanden 1st. Eine derartige Oberfläch«
kann selbstverständlich auch bei den AuafUhrungsformen
der Erfindung vorgesehen werden» bei denen keine Spalte, sondern
Löcher vorgesehen sind, die in aller Regel Jeweils nur verhältnisnlBlg
kleine Oberflächen d*r innenliegenden Mineralwolle freilassen.
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Im allgemeinen weist eine Kulisse des erfindungsgemäßen Schalldämpfers zwei durchbrochene, streifenförraige Flächenabschnitte
besitzende Platten auf, welche die mit dem Gasstrom in Berührung kommenden Außenflächen der Kulisse bilden und zwischen
denen eine Schicht aus schalldämpfendem Werkstoff, wie z.B. Mineralwolle, angeordnet ist. In einem solchen Fall ist eine Beschädigung
der Kulissen auch bei mechanischen Beanspruchungen kaum zu befürchten. Man kann diese Ausführungsform auch in solchen
Fällen anwenden, in denen der Gasstrom Verunreinigungen mit sich führt. Demgegenüber ist es jedoch auch möglich, daß eine
Kulisse zwei durchbrochene, streifenförmige Flächenabschnitte besitzende Platten aufweist, zwischen denen eine Schicht aus
schalldämpfendem Werkstoff, wie z.B. Mineralwolle, angeordnet ist, wobei die dem Gasstrom zugekehrten Außenselten der Platten
jeweils mit einer Schicht aus schalldämpfendem Merkstoff, wie
z.B. Mineralwolle, versehen sind, welche eine abriebfeste Oberfläche, s.B» aus einem Vlies aus Mineralwolle, aufweist. Diese
zusätzliche Schicht aus sohal!dämpfendem Werkstoff wirkt nach
dem AbsorptioBsprinzip und verbessert weiterhin die schalldämpfende
Mirkung· Man erhält zwar dann eine etwas größere Dicke
der Kulisse, die jedoch immer noch geringer ist als die Kulissendicke
bei den bekannten Bauarten.
Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht
darin, daS der Abstand sswischen den beiden Platten einer
einseitig vom Gasstrom berührten Kulisse etwa gleich einem Aohtel und dieser Abstand bei einer zweiseitig vom Gasstrom berührten
Kulisse etwa gleich einem Viertel der Wellenlänge der in erster
Linie zu dämpfenden Sohallschwlngungen bemessen 1st. Ks hat sich
bei umfangreichen Untersuchungen herausgestellt, daß bei einem
derartigen Abstand zwischen den beiden Platten einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kulisäe sich eine optimale Schalldämpfung der
in erster Linie zu dämpfenden Schallschwingungen ergibt. Infolge»
dessen ist der Abstand zwischen den beiden Platten einer Kulisse bei dem erflndungsgemäS vorgeschlagenen Schalldämpfer nur etwa halb
so groß wie bei entsprechenden Kulissen bekannter Bauart, wodurch sich die bereits erwähnten wesentlichen Verbesserungen ergeben.
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OO
Von den zahlreichen vorstehend erwähnten Ausführungsformen der Erfindung muß im Einzelfall die Außführungsform ausgewählt
werden, die eine optimale Leistung bringt. Die Auswahl richtet sich dabei vor allem nach der Frequenz der in erster
Linie zu dämpfenden Schallschwingungen. So wählt man beispielsweise für tiefe Frequenzen eine geringe Breite der durchbrochenen,
streifenförmigen Flächenabschnitte von z.B. 10 mm, während
für hohe Frequenzen wesentlich breitere durchbrochene, streifenförmige
Flächenabschnitte gewählt werden, die bis zu etwa 100 mm
breit sein können. Der Abstand dieser durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte ergibt sich dann aus dem Anteil, den
die durchbrochene Gesamtfläche an der Gesamtfläche der betreffenden
Platte haben soll. Auch die Wahl des Anteils der tatsächlich durchbrochenen Fläche an der Gesamtfläche der Platte
oder an der Gesamtfläche eines durchbrochenen, streifenförmigen
Flächenabschnittes richtet sich im wesentlichen nach der Frequenz
der in erster Linie zu dämpfenden Schallschwingungen.
Bei einer Reihe von Anwendungsfällen 1st es vorteilhaft,
wenn sämtliche Kulissen des Schalldämpfers zwei Platten
mit durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabsohnitten besitzen.
Dies gilt vor allem dann, wenn die zu dämpfenden Schallschwingungen im unteren Frequenzbereich liegen, in dem der erfindungsgemäßeSchalldämpfer
besonders wirkungsvoll arbeitet. Demgegenüber ist es jedoch auch möglich, daß mindestens eine, gegebenenfalls mehrere, Kulissen.des Schalldämpfers zwei Platten mit
durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitten besitzen, während die übrigen Kulissen in herkömmlicher Welse ausgebildet
sind. Eine solche Kombination von Kulissen herkömmlicher Bauart mit Kulissen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers empfiehlt sich
vor allem dann, wenn die zu dämpfenden Schallschwingungen einen großen Frequenzbereich umfassen. In einem solchen Fall werden
die erfindungsgemäßen Kulissen vor allem zur Dämpfung der Schallwellen
im unteren Frequenzbereich verwendet, während Schallschwingungen mit besonders hoher Frequenz im wesentlichen von
den Kulissen herkömmlicher Bauart gedämpft werden. Bei einem
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Schalldämpfer kombinierter Bauart ist es in aller Regel zweckmäßig,
im Innern des Mantels abwechselnd quer zur Strömungsrichtung
nebeneinander jeweils eine Kulisse mit zwei Platten mit durchbrochenen,streifenförmigen Flächenabsehnitten und eine
Kulisse herkömmlicher Bauart, anzuordnen. Selbstverständlich kann
auch Jede andere beliebige Kombination von Kulissen herkömmlicher und erfindungsgemäßer Bauart hergestellt werden. Auswahl und Anordnung
richten sich hierbei im wesentlichen nach dem Frequenzbereich der zu dämpfenden Schallschwingungen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die
beiden durchbrochene, streifenförmige Flächenabschnitte besitzenden
Platten der Kulissen aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyvinylchlorid oder Polyäthylen, hergestellt. Derartige Platten aus
Kunststoff sind korrosionsfest und verrottungsbeständig, so daß solche Kulissen eine verhältnismäßig hohe Lebensdauer erreichen.
Es ist jedoch auch möglich, daß die beiden durchbrochene, streifenförmiges
Fläehenabschnlt te besitzenden Platten der Kulissen
aus einem Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium, bestehen. Dabei besitzen die beiden durchbrochene, streifenförmige
Fläehenabschnitte aufweisenden Platten der Kulissen eine Dicke von etwa 0,5 bis 2 mm. Auch hier sind geringfügige Abweichungen
vor allem zu einer größeren Dicke hin von dem genannten Abmessungsbereich
möglich.
Schließlich ist es auch möglich, eine auf der Innenseite
des Mantels des Schalldämpfers aufgebrachte Schicht aus
einem schalldämpfenden Werkstoff im Bereich ihres dem Gasstrom zugekehrten Querschnittsbereiches mit einer Platte zu versehen,
die im Abstand voneinander vorgesehene durchbrochene, streifenförmige Flächenabsohnitte aufweist » wie sie erfindungsgemäß für
die Kulissen vorgeschlagen werden. In diesem Falle ist nur eine
mit durchbrochenen, etreifenförmigen FlÄohenabechnitten versehene
Platte vorhanden, hinter der sich eine Schicht aus einem schalldämpfenden Werkstoff befindet, während die außenseitige Begrenzung
dieser- schalldämpfenden Schicht durch eine gasdichte Platte ohne
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jegliche Bohrung, Ausnehmung od. dgl. gebildet wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand einiger
AusfUhrungsbeisplele veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Kulisse eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers in der Seitenansicht;
Fig. 3 einen Schnitt ^vunäß Fig. 2 bei einer anderen
AusfUhrungsform der Kulisse;
Flg. 4 eine Kulisse mit geneigt zur Strömungsrichtung
verlaufenden durchbrochenen, streifenförmigen
Flächenabschnitten in der Seitenansicht;
Fig. 5 eine Einzelheit bei A der FIg. 1 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 6 ein Schaubild der Dämpfungseigenschaften erfindungsgemäßer Kulissen im Vergleich zu einer
Kulisse herkömmlicher Bauart; *
Fig. 7
bl3 9 Horizontalschnitte durch Schalldämpfer mit verschiedenartigen Kulissen.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Kulisse bezeichnet, die in
bekannter Welse In einen Strömungskanal beliebiger, vorzugsweise
rechteckiger oder quadratischer. Quer schnittst" orm eingebaut
wird und zusammen mit diesem Strömungskanal einen: Schalldämpfer,
z.B. i*ttr Lüftungs- und Klimaanlagen, bildet. Die Kulisse 1 besteht aus einem in Fig. 1 nicht dargestellten, im Querschnitt
U-förmigen Rahmen« z.B. aus Stahlblech, der außenseItig zwei
aus dünnem Stahlblech von z.B. I mm Wandstärke bestehende Platten 2 besitzt, von denen eine in Fig. 1 deutlich zu erkennen 1st.
Die Platten 2 besitzen mehrere durchbrochene, streifenförmlge
FlKohenabaohnitte ^, wobei In Flg. 1 die Durchbrechungen als
kreisrunde Bohrungen 4 ausgebildet sind, wie dies links unten
angedeutet 1st. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind diese Bohrungen 4 nicht überall dargestellt» sondern durch die streifen-
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förmlgen Abschnitte jj lediglich angedeutet. Die streifenförmigen
Flächenabschnitte 3 der der Zeichnungsebene zugekehrten Platte 2 sind gestrichelt dargestellt, da sie in der in Fig. 1 gewählten
Seltenansicht nicht sichtbar sind. Deutlich ist jedoch zu erkennen, daß die durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte
3 mit ihren Bohrungen 4 auf Lücke versetzt zueinander angeordnet sind. Zwischen diesen streifenförmigen Flächenabschnitten
3 sind jeweils geschlossene Flächenabschnitte 5 vorhanden.
Die Zuordnung der durchbrochenen, strelfe-nförmlgen
Flächenabschnitte 3 bei den beiden Platten 2 erkennt man auch in Fig. 2, wo die Löcher 4 in den Platten 2 durch eine Unterbrechung
der Linie, welche die Platte 2. darstellt, angedeutet sind. In Flg. 2 ist ferner deutlich zu erkennen, daß zwischen
den beiden außenseitig angeordneten Platten 2 aus Kunststoffoder Metallblech schalldämpfender Werkstoff 6 angeordnet ist, und
daß im übrigen im Innern der Kulisse 1 keine weiteren Gegenstände
oder Hohlräume angeordnet sind. Der schalldämpfende Werkstoff kann dabei als mechanisch verhältnismäßig feste Platte oder auch
aufgelockert ·. ingebracht r ; ·..
Fig. 3 zeigt im wesentlichen das gleiche wie Fig. 2
mit dem Unterschied, daß die Platten 2 außenseitig zusätzlich noch mit einer Schicht 7 ai*s einem schalldämpfenden Werkstoff
belegt sind. Die Außenflächen der Schichten 7 sind zumindest
gegenüber strömenden Gasen abriebfest ausgebildet, was beispielsweise durch Aufbringen, eines Vlieses oder einer Folie erzielt
werden kann. Ein solches Vlies oder eine solche Folie muß jedoch
akustisch transparent sein, um die schalldämpfende Wirkung der Kulisse 1 nicht zu beeinträchtigen.
Die Kulisse 1 gemäß Flg. 4 entspricht im wesentlichen
der Kulisse 1 gemäß Fig. 1 und 2 mit dem Unterschied, daß die durchbrochenen, etrelfenförmigen Flächenabschnitte 3 unter einem
Winkel von etwa 45° geneigt zur Strömungsricntung>
des Gases ver-
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- 15 laufen, die in Fig. 4 mit einem Pfeil B.angedeutet ist.
In Fig. 5 ist deutlich zu erkennen, daß die Durchbrechungen
in den streifenförmigen Flächenabschnitten 3 aus
kreisrunden Bohrungen 4 bestehen. Auch diese kreisrunden Bohrungen 4 sind auf Lücke versetzt zueinander angeordnet, was vor
allem hinsichtlich der Festigkeit der Platte 2 vorteilhaft ist. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Bohrungen 4 in
Reihen quer oder parallel zur Strömungsrichtung B anzuordnen.
Anstelle von kreisrunden Bohrungen 4 können auch Bohrungen oder Ausnehmungen vörschiedenart iger anderer Ausbildung gewählt werden.
Außerdem ist ob möglich, langgestreckte Schlitze oder Spalte
zu verwenden.
Fig. 6 zeigt ein Schaubild, bei dem auf der Abszisse
von links nach rechts steigend die Frequenz von Schallschwingungen in Hertz aufgetragen sind, die gedämpft werden sollen. Auf
der Koordinate ist die Dämpfung dieser Schallschwingungen bezogen auf einen Meter axialer Länge des Schalldämpfers in Strömungsrichtung aufgetragen. Die dick ausgezogene, mit a bezeichnete
Kurve gibt die Dämpfung durch einen Schalldämpfer herkömmlicher Bauart an. Die dUnner, Jedoch voll ausgezogene Kurve b, die gestrichelt
dargestellte Kurve c sowie die strichpunktiert gezeichnete Kurve d geben die Dämpfung der Schallschwingungen bei
Verwendung eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers wieder, und
zwar Je nach dem Verhältnis zwischen der Breite der durchbrochenen,
st reif enförmige η Flächenabschnitte 3 in den Platten 2 zu der
Breite der dazwischenliegenden geschlossenen Flächenabschnitte.
Die Kurve b bezeichnet hierbei die Schalldämpfung bei einer relativ
großen Breite der durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte
3 von etwa 90 mm, während die Kurve c die Schalldämpfung
bei einer mittleren Breite der durchbrochenen, streife n--förmigen
Flächenabschnittevon etwa 50 mm und die Kurve d die Schalldämpfung bei einer relativ geringen Breite der durchbrochenen,
streifenfOnnigen Flächenabschnitte von etwa 10 mm darstellt.
Es zeigt sich, daß bei relativ kleiner Breite der durchbrochenen,
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strelfenförmigen Flächenabschnitte von z.B. 10 mm die Sohalldämpfung
im unteren Frequenzbereich besonders wirksam ist, während die Schalldämpfung im unteren Frequenzbereich mit zunehmender
Breite dec durchbrochenen, streifenförmlgen Flächenabschnitte
schlechter wird. Dafür wird mit zunehmender Breite der durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte die Schalldämpfung
im oberen Frequenzbereich zunehmend besser. In allen Fällen ist jedoch bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalldämpfer
- wie die Kurven b, c und d zeigen - die Schalldämpfung bei gleicher Kulissendicke und gleichem Kulissenabstand bei
relativ niedrigen Frequenzen der Schalldämpfung der bekannten ^ Bauarten wesentlich überlegen. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene
Schalldämpfer eignet sich daher vor allem zur Dämpfung von Schallwellen
mit niedrigen Frequenzen, insbesondere solchen von weniger als 500 Hertz. Die eingangs beschriebenen bekannten Schalldämpfer
erzielen demgegenüber bei höheren Frequenzen bessere schalldämpfende
Eigenschaften als der erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalldämpfer, In den Fällen, in denen sowohl Schallschwingungen
niedriger Frequenzen als auch Schallschwingungen höherer Frequenzen gedämpft werden sollen, empfiehlt es sich daher, Kulissen
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art mit Kulissen herkömmlicher Art zu kombinleren.
Derartige Kombinationen von unterschiedlich ausgebildeten Kulissen in einem Schalldämpfer sind beispielsweise in
™ den Fig. 7 bis 9 dargestellt. Fig. 7 zeigt einen Schalldämpfer .
mit drei Kulissen 1 der Bauart gemäß Fig. 2. Deutlich 1st hier auch der rohrförmlge Strömungskanal bzw. dessen Mantel dargestellt,
welcher mit 8 bezeichnet ist. In Fig. 8 ist ein Längenabschnitt eines Schalldämpfers dargestellt, bei dem zwei Kulissen
1 gemäß Fig. 2 mit einer Kulisse la kombiniert sind, die insofern der eingangs beschriebenen bekannten Bauart entspricht,
als sie in der Mitte zwischen den beiden äußeren Platten 2 eine dritte Platte 9 aufweist, welche ungelocht ausgebildet ist. Zwisοhen
den Platten 2 und 9 1st wiederum schalldämpfender Werkstoff, wie z.B. Mineralwolle, angeordnet. Die Kulisse la kann
hierbei außenseitig angeordnete Platten 2 besitzen, die in her-
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kömmlleher Weise ausgebildet sind. Diese Platten 2 können jedoch
auch gemäß Fig. 1 oder Fig. 4, d.h. gemäß der Erfindung, ausgebildet sein. Im Bereich des gasdichten Mantels 8 des Schalldämpfers
ist in Fig. 8 auf dessen Innenseite ebenfalls eine^ Schicht aus schalldämpfendem Werkstoff, wie z.B. Mineralwolle,
angeordnet. Diese ist zum freien Strömungsquerschnitt hin von
einer Platte 2 abgedeckt, die erfindungsgemäß ausgebildet ist
und im Abstand voneinander vorgesehene durchbrochene, streifenförmige
Flächenabschnitte j> aufweist.
Fig. 9 zeigt zwei Kulissen 1 mit Platten 2 gemäß Fig. 1 oder 4 und eine Kulisse Ib mit in herkömmlicher Weise
durchgehend und gleichmäßig gelochten Platten 2. Auch die Platten 2 im Bereich des gasdichten Mantels 8 des Strömungskanals
sind durchgehend gleichmäßig gelocht in herkömmlicher Bauweise ausgebildet* Selbstverständlich sind noch zahlreiche weitere
Kombinationsmöglichkeiten denkbar, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt worden sind.
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Claims (1)
- ';■ -.--'!ftge-.v :;mp!ar j ■' 'PATENTANWÄLTE __^ . !.:(:.ί \-.:-;.'.;.·ι VVif 'DR.-ING. W. STUHLMANN — DIPL.-ING. R. WILLER~f~DR.-ING. P. H. OiDTMANN 2 019416JR. 14/23349 /8 463 Bochum, 21.4.1970 xs/Dr.PostschlieBfach 24 5OIhr Zeichen Fernruf 14Ο61 und 14O62Bergstraße 159 Telegr.i StuhlmannpatentIsoliertechnik
Horst Grassmann
Frankfurt/MainPatentansprüche:1. Schalldämpfer für strömende Gase, insbesondere für Lüftungs- und Klimaanlagen, welcher aus einem rohrförmigen Strömungskanal beliebiger, vorzugsweise rechteckiger oder quadratischer, Querschnittsform besteht und nach einem kombinierten Absorptions- und Resonanzprinzip arbeitet und welcher einen nach außen hin gasdichten Mantel besitzt, der im Innern mindestens eine, vorzugsweise mehrere, zur Schalldämpfung dienende Kulissen aufweist, die im wesentlichen in einer parallel zur Strömungsrichtung des Gases verlaufenden Ebene sich erstrecken und die mindestens eine Platte aus einem festen Werkstoff, wie z.B. aus Stahlblech, und wenigstens eine Schicht aus porösem, zur Schalldämpfung geeigneten Werkstoff besitzen, wobei die dem Gas zugekehrten Oberflächen der Kulissen abriebfest ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden äußeren, dem Gasstrom zugekehrten Querschnittsbereiohen einer Kulisse (1, la) jeweils eine Platte (2) mit im Abstand voneinander vorgesehenen durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitten (3) angeordnet ist, wobei die durchbrochene Gesamtfläche kleiner als die verbleibende, nicht durchbrochen· Gesamtfläche ist und daß die beiden Platten (2) einer Kulisse (1, la) einander ..so zugeordnet sind, daß quer zur Strömungsriohtung (B) betrachtet die durchbrochenen, strelfenförmigen Flächenabsohnltte (j5) der beiden Platten (2) zumindest im wesentlichen auf Lücke versetzt zueinander angeordnet sind.2. Sehalldämpfer naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dad dor Anteil der durchbrochenen Gesamtflach« etwa 13 ble 40 %, vorzugsweise etwa 20 bl« X> r/> der Gesamtfläche einer Platte (2) beträgt.109847/07 7-93. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e lehne t, daß der Anteil der tatsächlich durchbrochenen Fläche eines durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnittes (3) mindestens etwa 20 %, vorzugsweise etwa 30 bis 40 $>, der Gesamtfläche des durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabsehnittes (3) beträgt.4. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte (3) etwa 10 bis 100 mm beträgt.5· Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte (3) etwa senkrecht zur Strömungsrichtung (B) sich erstrecken.6. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, daß die durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitte (3) bis zu etwa 45° geneigt zur Strömungsrichtung (B) verlaufen.7· Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die DurchbrUche im Bereich der durchbrochenen, streifenförafgen Flächenabschnitte (3) aus einer Vielzahl von kreisrunden Bohrungen (4) bestehen.8. Schalldämpfer nach Anspruch 7$ d a d u rc h gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4) einen Durchmesser von etwa 1 bis 10 mm, vorzugsweise von etwa > bis 5 mm, besitzen.9. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der An- J Sprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die DurchbrUche im Bereich der durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabsohnitte (3) aus zahlreichen eckigen oder aus imί 0 9-8-47/Q779nowesentlichen elliptischen oder aus langgeetreokten Bohrungen (4) bestehen.10. Schalldämpfer nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet« daß bei eckigen oder im wesentlichen elliptischen oder langgestreckten Bohrungen (4) die durchbrochene Fläche jeder Bohrung (4) etwa 1 bis 8o mm beträgt.11. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche im Bereich der durchbrochenen, streifenförmig gen Flächenabschnitte O) aus langgestreckten, offenen Spalten geringer Breite bestehen.12. Schalldämpfer nach Anspruch U, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spalte auf ihrer gesamten axialen* Länge mindestens einmal, vorzugsweise mehrmals, von einem geschlossenen Steg unterbrochen sind.lj>. Schalldämpfer nach Anspruch 11 oder 12» dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Spalten eine akustisch transparente, jedoch abriebfeste Oberfläche, z.B. aus einem Vlies aus Mineralwolle, aus einer geeigneten Folie, Schicht od. dgl. vorhanden ist.14. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kulisse (1, la) zwei durchbrochene, streifenförmige Flächenabschnitte (3) besitzende Platten (2) aufweist, welche die mit dem Gasstrom in Berührung kommenden Außenflächen der Kulisse (1, la) bilden, und/zwischen denen eine Schicht (6) aus schalldämpfendem Werkstoff, wie z.B. Mineralwolle, angeordnet ist.15· Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder «in·» der Ansprüche 2 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß eine Kulisse (1, la) zwei durchbrochene, streifenförmig«10 9 8 4 7/0779-Flächenabschnitte (JJ) besitzende Platten (2) aufweist, zwischen denen eine Schicht aus schalldämpfendem Werkstoff (6), wie z.B. Mineralwolle, angeordnet ist, wobei die dem Gasstrom zugekehrten Außenseiten der Platten (2) Jeweils mit einer Schicht (7) aus schalldämpfendem Werkstoff, wie z.B. Mineralwolle, versehen sind, welche eine abriebfeste Oberfläche, z.B. aus einem Vlies aus Mineralwolle, aufweist.Ιό. Schalldämpfer nach Anspruch 14 oder 15, d a d u rch gekennzel ohne t, daß der Abstand zwischen den beiden Platten (2) einer einseitig vom Gasstrom berührten Kulisse etwa gleich einem Achtel und dieser Abstand bei einer zweiseitig vom Gasstrom berührten Kulisse (1, la) etwa gleich einem Viertel der Wellenlänge der in erster Linie zu dämpfenden Schallschwingungen bemessen 1st.17· Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß sämtliche Kulissen (1, la) des Schalldämpfers zwei Platten (2) mit durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitten O) besitzen.18. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis l6, dadurch ge kennzeichne t, daß mindestens eine, gegebenenfalls mehrere, Kulissen (1, la) des Schalldämpfers zwei Platten (2) mit durchbrochenen, streifenförmigen Flächenabschnitten (3) besitzen, während die übrigen Kulissen (Ib) in herkömmlicher Weise ausgebildet sind.19. Schalldämpfer nach Anspruch iS, dadurch ge ken η ζ e i c h η e t, daß im Innern des Mantels (8) abwechselnd quer zur Strömungsriohtung (B) nebeneinander Jeweils eine Kulisse (1, la) mit zwei Platten (2) mit durchbrochenen, streifenförraigen Flächenabechnltten (■}) und eine Kulisse (Ib) herkömmlicher Bauart angeordnet sind.20. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r oh ge ken nzeichnet, daß die beiden durchbrochene, streifenförmig« Flächenabsohnitte (j5) besitzenden Platten (2) der Kulleeen(V, la)aus Kunststoff, vorzugsweise109847/0779Itaus Polyvinylchlorid oder Polyäthylen, hergestellt sind.ν21. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden durchbrochene, streifenfurmige Flächenabschnitte O) besitzenden Platten (2) der Kulissen (1, la) aus einem Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium, bestehen.22. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden durchbrochene, streifenförraige Flächenabschnitte (3) aufweisenden Platten (2) der Kulissen (1, la) eine Dicke von etwa 0,5 bis 2 mm besitzen.23* Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Innenseite des Mantels (8) des Schalldämpfers aufgebrachte(6) Schicht aus einem schalldämpfenden Werkstoff/im Bereich ihres dem Gasstrom zugekehrten Querschnittsbereiches mit einer,Platte (2) versehen 1st, die im Abstand voneinander vorgesehene durchbrochene» streifenförmige Flächenabschnitte O) entsprechend den Kulissen (1, la) besitzt.24. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dafl bei niedriger Frequenz der in erster Linie zu dämpfenden Sohallachwingungen die streifenfönnigen Fläohenabschnitte (3) eine wesentlich geringere Breite besitaen als bei hoher Frequenz der in erster Linie zu dämpfenden Schallsohwingungen.109847/0779ι ft ·*■ Leerseite
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