-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zur Dämpfung
von in pneumatischen Drucksystemen durch Druck-Abblas-Strömungen von einer Druckseite
zu einer Atmosphärenseite
entstehenden Geräuschen.
-
Für den genannten
Einsatzzweck sind zunächst
sogenannte "Expansionsrohre" bekannt. Die Schalldämpfung beruht
auf dem bekannten Prinzip "doppelter
Querschnittssprung",
indem sich der Einlass zunächst
in den Expansionsraum erweitert (Querschnittsvergrößerung)
und der erweiterte Expansionsraum in den verengten Auslass mündet (Querschnittsreduzierung).
Zusätzlich
ist in dem bekannten Expansionsrohr nahe vor dem Auslass ein scheibenförmiger Luftfilter
angeordnet, der die über einen
Kompressor durch den Schalldämpfer
hindurch von der Atmosphärenseite
angesaugte Luft filtert. Das bekannte Expansionsrohr ist bzgl. der Schalldämpfung nicht
zufriedenstellend.
-
Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
203 14 134 U1 beschreibt einen gattungsgemäßen Schalldämpfer, bei
dem innerhalb des Expansionsraums in der Nähe des Einlasses ein aus einem
porösen, durchströmbaren Material
bestehendes Dämpfungselement
angeordnet ist. Hierbei strömt
die Abblas-Strömung
vor, während
oder unmittelbar nach dem ersten Querschnittssprung durch das Dämpfungselement
hindurch, was eine geringfügige
Verbesserung der Schalldämpfung
um etwa 5dB bewirkt. Zusätzlich
kann innerhalb des Expansionsraums ein Dämm-Material in Form eines stopffähigen Fasermaterials
angeordnet sein.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der
genannten Art bzgl. der Schalldämpfung
sowie auch allgemein bzgl. seiner Gebrauchseigenschaften weiter
zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird dies
durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung enthalten.
-
Erfindungsgemäß ist somit
innerhalb des Expansionsraums zusätzlich zu dem in der Nähe des Einlasses
angeordneten Dämpfungselement
zwischen diesem und dem Auslass ein Luftfilterelement angeordnet.
Dieses Luftfilterelement dient zum Filtern der über den Auslass angesaugten
Luft. Vorteilhafterweise wird dabei ein Selbstreinigungseffekt erreicht,
indem bei Auftreten einer Abblas-Strömung das Luftfilterelement
praktisch freigeblasen wird; Schmutzpartikel werden von dem Luftfilterelement
in den Auslass geblasen.
-
Das
Dämpfungselement
ist mit Vorteil als flacher, scheibenförmiger Schaumstoff-Körper ausgebildet, der zwischen
einer den Einlass aufweisenden Gehäuse-Stirnwand und einem scheibenförmigen Fixierelement
fixiert gehalten ist. Dieses Fixierelement unterteilt praktisch
den Expansionsraum zwischen dem Dämpfungselement und dem Luftfilterelement und
weist eine insbesondere zentrische Durchlassöffnung auf. Durch diese vorteilhafte
Maßnahme
wird ein praktisch vierfacher Querschnittssprung erreicht, was zur
einer sehr effektiven Schalldämpfung
führt.
-
Weitere
bevorzugte Ausgestaltungsmerkmale werden in der folgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausbildungsbeispielen erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine
perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers zusammen mit
schematisch dargestellten Komponenten eines pneumatischen Drucksystem
zur Verdeutlichung der Einbausituation des Schalldämpfers,
-
2 eine
stark vergrößerte Längsschnittdarstellung
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers in
einer ersten, bevorzugten Ausführungsform,
-
3 einen
Ausschnitt im Bereich III von 2 in einer
Ausführungsvariante,
-
4 einen
Schalldämpfer
im Längsschnitt analog
zu 2, allerdings in einer Ausführungsalternative,
-
5 eine
Perspektivansicht eines Luftfilterelementes in einer vorteilhaften
Ausgestaltung,
-
6 eine
Seitenansicht des Luftfilterelementes,
-
7 einen
Längsschnitt
in der Ebene VII-VII gemäß 6 und
-
8 eine
Draufsicht in Pfeilrichtung VIII gemäß 6.
-
In
den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Wie
sich zunächst
aus 1 ergibt, ist ein erfindungsgemäßer Schalldämpfer 1 in
einer Ansaugleitung (selbst nicht dargestellt) eines pneumatischen
Drucksystems anzuordnen. Der Schalldämpfer 1 besteht aus
einem patronenartigen Gehäuse 2, das
einen Expansionsraum 4 (2 und 4)
umschließt
und einen einseitigen Einlass 6 und einen gegenüberliegenden
Auslass 8 aufweist. Wie dargestellt, weist der Expansionsraum 4 einen
gegenüber dem
Einlass 6 und dem Auslass 8 erweiterten Innenquerschnitt
A1 entsprechend dem Prinzip "doppelter Querschnittssprung" auf. Der Einlass 6 wird über eine
nicht dargestellte Schaltventilanordnung mit einem Kompressor 10 verbunden,
der in einem beliebigen pneumatischen Aggregat 12 einen
Druck p aufbaut. Dazu saugt der Kompressor 10 Luft von
einer Atmosphärenseite
durch den Schalldämpfer 1 hindurch
an, was durch gestrichelte Pfeile 14 veranschaulicht ist.
Für diese
Ansaugströmung 14 bilden der
Auslass 8 eigentlich einen Einlass und der Einlass 6 eigentlich
einen Auslass. In bestimmten Betriebszuständen des pneumatischen Drucksystems ist
es aber erforderlich, den Druck p aus dem Aggregat 12 zumindest
teilweise abzulassen, wodurch eine umgekehrte, mit voll gezeichneten
Pfeilen 16 veranschaulichte Abblasströmung entsteht, die wegen einer
druckbedingt relativ großen
Strömungsgeschwindigkeit
starke Geräusche
verursacht, die durch den Schalldämpfer 1 gedämpft werden
sollen. Die Abblasströmung
(Pfeile 16) erfolgt somit von dem druckseitigen Einlass 6 durch
den Expansionsraum 4 zum atmosphärenseitigen Auslass 8.
-
Wie
weiterhin dargestellt ist, können
der Einlass 6 und der Auslass 8 jeweils als Stutzen
zum Anschluß von
nicht dargestellten Rohr- oder Schlauchleitungen ausgebildet sein.
-
Innerhalb
des Expansionsraumes 4 ist ein aus einem porösen und
dadurch durchströmbaren Material
bestehendes Dämpfungselement 18 so
angeordnet, dass es von der Abblasströmung 16 – natürlich auch
von der umgekehrten Ansaugströmung 14 – durchströmbar ist.
Das Dämpfungselement 18 ist
unmittelbar im Anschluss an den Einlass 6 angeordnet.
-
Erfindungsgemäß ist innerhalb
des Expansionsraums 4 zusätzlich zu dem in unmittelbarer
Nähe des
Einlasses 6 angeordneten Dämpfungselement 18 zwischen
diesem und dem Auslass 8 ein separates Luftfilterelement 20 angeordnet.
Das mit diesem Luftfilterelement 20 kombinierte Dämpfungselement 18 ist
bevorzugt als flacher, scheibenförmiger
Körper aus
Schaumstoff mit einer dem Innenquerschnitt des Expansionsraums 4 entsprechenden
Umfangskontur ausgebildet und in unmittelbarer Nähe des Einlasses 6 fixiert
gehalten. Bevorzugt liegt das Dämpfungselement 18 an
einer den Einlass 6 aufweisenden Gehäuse-Stirnwand 22 an
und wird in dieser Anordnung durch ein gegenüberliegendes, scheibenförmiges Fixierelement 24 gehalten.
Somit liegt das Dämpfungselement 18 sandwichartig
zwischen der Stirnwand 22 und dem Fixierelement 24.
Durch die sehr gut fixierte Anordnung des Dämpfungselementes 18 zwischen der
Gehäuse-Stirnwand 22 und
dem Fixierelement 24 wird vorteilhafterweise vermieden,
dass das Dämpfungselement 18 durch
eine Abblasströmung aus
seiner Lage bewegt (herausgeblasen) werden könnte.
-
Das
scheibenförmige
Fixierelement 24 unterteilt praktisch den Expansionsraum 4 zwischen dem
Dämpfungselement 18 und
dem das Luftfilterelement 20 aufnehmenden Bereich, wobei
das Fixierelement 24 eine insbesondere zentrische Durchlassöffnung 26 aufweist.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung tritt bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer 1 ein "vierfacher Querschnittssprung" auf, indem sich
der Querschnitt A2 des Einlasses 6 im Bereich des Dämpfungselementes 18 erweitert.
Es schließt
sich eine durch die Durchlassöffnung 26 des Fixierelementes 24 gebildete
Verengung mit einem Querschnitt A3 an, die sich im Bereich des Luftfilterelementes 20 wieder
auf den Innenquerschnitt A1 des Expansionsraums 4 erweitert
und schließlich
in den verengten Querschnitt A2 des Auslasses 8 übergeht.
Dabei ist zu bemerken, dass die Querschnitte A2 von Einlass 6 und
Auslass 8 nicht identisch sein müssen. Zudem können die
Innenquerschnitte im Bereich des Dämpfungselementes 18 und
im Bereich des Luftfilterelementes 20 unterschiedlich sein.
-
Gemäß 2 kann
das Fixierelement 24 im Bereich der Durchlassöffnung 26 einen
diese umschließenden
Ringkragen 27 aufweisen, der sich insbesondere in Richtung
des Auslasses 8 bzw. des Luftfilterelementes 20 erstreckt.
Alternativ kann gemäß 4 die
Durchlassöffnung 26 auch
durch eine einfache Lochöffnung
des Fixierelementes 24 gebildet sein.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Luftfilterelement 20 als
becherartiger, insbesondere aus einem geeigneten Filterpapier bestehender
Filtereinsatz 28 ausgebildet. Dieser Filtereinsatz 28 weist eine
Umfangswandung 30, einen Filterboden 32 und eine
dem Filterboden 32 gegenüberliegende Filteröffnung 34 auf.
Bevorzugt ist der Filtereinsatz 28 im Bereich der Filteröffnung 34 mit
einem scheibenförmigen
Stützelement 36 insbesondere
stoffschlüssig verbunden
(verklebt). Hierzu wird besonders auch auf die Darstellungen in 5 bis 8 verwiesen. Daraus
wird auch deutlich, dass die Umfangswandung 30 des Filtereinsatzes 28 bevorzugt
zur Vergrößerung der
effektiven Filterfläche
im Querschnitt gesehen sternartig gefaltet ist.
-
Bei
der in 2 dargestellten, bevorzugten Ausführung des
erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 ist
das Luftfilterelement 20 mit der Filteröffnung 34 des Filtereinsatzes 28 dem
Einlass 6 und dem Dämpfungselement 18 zugewandt.
Vorzugsweise bildet dabei das Stützelement 36 gleichzeitig
auch das Fixierelement 24 für das Dämpfungselement 18.
Es ist vorteilhaft, wenn das Fixier- bzw. Stützelement 24/36 in
seinem äußeren Umfangsbereich
einen abgekröpften
Rand 38 aufweist, der innerhalb des Gehäuses 2 fixiert ist,
und zwar wie dargestellt zwischen dem Dämpfungselement 18 und
einer inneren Gehäuse-Ringstufe 40.
-
In
der alternativen Ausgestaltung gemäß 4 ist das
Luftfilterelement 20 umgekehrt angeordnet und mit der Filteröffnung 34 dem
Auslass 8 zugewandt. Folglich liegt der Filtereinsatz 28 mit
seinem Filterboden 32 in der Nähe des Dämpfungselementes 18.
Bei dieser Ausführung
liegt das Stützelement 36 an
einer den Auslass 8 aufweisenden Gehäuse-Stirnwand 42 an
und ist innerhalb des Gehäuses 2 auf
geeignete Weise fixiert. Das Stützelement 36 weist
eine den Auslass 8 überdeckende
bzw. freilassende Öffnung 44 auf.
-
In
beiden Varianten gemäß 2 und 4 ist
es wesentlich, dass der Filtereinsatz 28 und der Expansionsraum 4 bzgl.
ihrer axialen Längen
derart ausgelegt sind, dass zwischen dem Filterboden 32 einerseits
und andererseits dem Auslass 8 (Ausführung gemäß 2) oder
dem einlassseitigen Fixierelement 24 (Ausführung gemäß 4)
ein Spaltabstand 46 gebildet ist. Dieser Spaltabstand 46 ist
einerseits mindestens so groß bemessen,
dass auch im Bereich der Filter-Umfangswandung 30 eine
ausreichende Luft-Umströmung
erreicht wird. Hierdurch kann die jeweils in Pfeilrichtung 14 oder 16 strömende Luft
mit einem maximalen Volumen die gesamte effektive Filterfläche umströmen. Andererseits
sollte aber der Spaltabstand im Interesse einer kurzen Baulänge des
Schalldämpfers 1 möglichst
klein sein. Vorteilhafterweise tritt bei einer Abblas-Strömung in Pfeilrichtung 16 eine
Filter-Selbstreinigung auf, indem auf der Seite des Auslasses 8 anhaftende Schmutzpartikel
in den Auslass 8 zurück
abgeblasen werden.
-
An
dieser Stelle sollen bevorzugte Filter-Spezifikationen genannt werden:
Volumenstrom:
0,02 m3/min (entsprechend 20l/min)
dp-Anstieg:
20mbar
Effektive Filterfläche:
54cm2
Anfangsabscheidegrad ≥ 99,6%
Endabscheidegrad ≥ 99,8%
Filterfeinheit:
Partikelgröße < 7μm
Betriebsdruck:
0 bis 1,5 bar
Betriebstemperatur: dauerhaft –40° bis +100° C, kurzfristig
+120° C
Prüfbedingung:
Grober Teststaub ISO 5011
-
Das
Stützelement 36 kann
mit Vorteil aus Kunststoff (insbesondere PA) oder Metall bestehen.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verhältnis der
Innenquerschnittsfläche
A1 des Expansionsraums 4 zur Querschnittsfläche A2 des
Auslasses 8 und/oder des Einlasses 6 bzw. zum Öffnungsquerschnitt
A3 des Fixierelementes 24 im Bereich zwischen 4:1 und 15:1, insbesondere
um etwa 8:1, liegt.
-
Bei
einer bevorzugten Auslegung können beispielsweise
folgende Maße
vorgesehen sein:
Innendurchmesser des Expansionsraums 4:
20mm bis 30mm, insbesondere 23mm bis 28mm
Durchmesser von Ein-
und/oder Auslass: ca. 8mm
Durchmesser der Durchlassöffnung 26 des
Fixierelementes 24: 8-12mm, z. B. ca. 10mm
Länge des
Expansionsraums 4: etwa 35mm bis 45mm, insbesondere 39mm
bis 43mmm
-
Zweckmäßigerweise
besteht das Gehäuse 2 aus
zwei lösbar
miteinander verbundenen Gehäuseteilen 2a und 2b.
Das Gehäuseteil 2a ist
topfförmig ausgebildet
und umschließt
praktisch den gesamten Expansionsraum 4. Das Gehäuseteil 2b bildet
einen Gehäusedeckel
mit der Stirnwandung 22 und übergreift kappenartig das Gehäuseteil 2a.
Gemäß 2 kann
es sich um eine Art Schraubkappe handeln; die beiden Gehäuseteile 2a und 2b sind
hierbei über
eine Gewindeverbindung 48 verschraubt. Bei der Ausführungsvariante
gemäß 3 kann
das kappenartige Gehäuseteil 2b mit
dem topfförmigen
Gehäuseteil 2a auch über eine
Rastverbindung 50 kraft- und/oder formschlüssig verrastet
sein. Ergänzend
wird hierzu auch auf die 4 verwiesen, in der beide Varianten in
der oberen bzw. unteren Figurenhälfte
veranschaulicht sind. Im Ringspalt zwischen den Gehäuseteilen 2a, 2b ist
zur Abdichtung eine Dichtung 52 (O-Ring) angeordnet. Alternativ
können
die Gehäuseteile 2a, 2b auch
stoffschlüssig
und dadurch dicht miteinander verbunden (z. B. verschweißt) sein.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden
Ausführungen.
Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch
1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch
jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller
insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet,
dass grundsätzlich
praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch
mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal
ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein
erster Formulierungsversuch für
eine Erfindung zu verstehen.