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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für heißes Gas,
das den Schalldämpfer
mit einer Betriebstemperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich
durchströmt.
Der Schalldämpfer
hat mindestens einen Strömungskanal
für das
Gas und mindestens eine durch Strömungskanal begrenzende Wandung.
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Ein typisches Anwendungsgebiet der
Erfindung, auf das die Erfindung aber nicht beschränkt ist, ist
die Schalldämpfung
an Kompressoren, besonders Schraubenkompressoren, zum Erzeugen von
Druckluft. Die an der Druckseite eines Schraubenkompressors austretende
Druckluft hat im Dauerbetrieb typischerweise eine Temperatur im
Bereich von 200°C bis
300°C, in
der Regel zwischen 220°C
und 280°C. Aus
DE 100 11 023 A1 ist
ein Schalldämpfer
von besonders flacher Kastenbauweise bekannt, der sich besonders
zur Anbringung an der Druckseite von Schraubenkompressoren eignet
und eine gute Dämpfungswirkung
für das
an der Druckseite eines Schraubenkompressors auftretende Geräusch, insbesondere
für die
hochfrequenten Geräuschanteile, aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist besonders zur Anwendung bei einem
Schalldämpfer
dieser bekannten Bauart geeignet, ist aber nicht auf diese Bauart beschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Schalldämpfer
anzugeben, der eine gute Dämpfungswirkung,
insbesondere bezüglich
der hochfrequenten Geräuschanteile,
für ein
heißes
Gas mit vorgegebener Betriebstemperatur, wie z.B. von einem Schraubenkompressor
erzeugte Druckluft, aufweist.
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch
1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen
sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung. Es wurde überraschender
Weise gefunden, dass ein thermoplastisches Material, das bei der Betriebstemperatur
des heißen
Gases im erweichten bzw. plastifizierten Zustand ist, hervorragend
geeignet ist, hochfrequente Schallwellen in dem Gas aufzunehmen
und energieverzehrend zu absorbieren.
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Eine Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Draufsicht des Schalldämpfers von
der aus
DE 100 11
023 A1 bekannten Bauart,
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2 eine
Seitenansicht des Schalldämpfers
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3 eine
Draufsicht auf den Schalldämpfer ähnlich wie 1, jedoch bei abgenommener
Deckwand
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4 einen
Schnitt durch den Schalldämpfer
gemäß der Linie
A–A von 1
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5 und 6 in gleicher Darstellung
wie 3 und 4 eine geänderte Ausführungsform des
Schalldämpfers.
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7 in
gleicher Darstellung wie 4 eine gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestaltete Ausführungsform
des Schalldämpfers.
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8 einen
Schnitt gemäß Linie
B–B von 7.
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Zunächst wird anhand von
1 bis
6 die aus
DE 100 11 023 A1 bekannte Bauart des Schalldämpfers beschrieben.
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Der dargestellte Schalldämpfer besteht
aus einem Gehäuse 1 von
flacher Kastenform mit einer Bodenwand 3, einer Deckwand 5 und
Umfangswänden 7.
In der Bodenwand ist eine Eintrittsöffnung 9 für vom Kompressor
gelieferte Druckluft vorgesehen. In der Deckwand 5 befindet
sich die Auslaßöffnung 11 für die schallgedämpfte Druckluft,
und zwar zur Eintrittsöffnung 9 seitlich
versetzt nahe einer Seitenwand des Gehäuses 1. In der Draufsicht
ist das Gehäuse
1 im wesentlichen rechteckig, abgesehen von einer neben der Auslaßöffung 11 vorgesehenen
Einbuchtung 13, die Platz für die Anbringung eines Überdruckventils 14 schafft.
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Die Auslaßöffnung 11 hat, wie
dargestellt, vorzugsweise einen wesentlich größeren Querschnitt als die Eintrittsöffnung 9.
Insbesondere kann der Durchmesser der Auslaßöffnung 11 mehr als
das Doppelte des Durchmessers der Eintrittsöffnung 9 betragen.
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Das Gehäuse 1 hat die Form
eines flachen Kastens bzw. einer Scheibe. Damit ist gemeint, daß die Höhe des Gehäuses weniger
als die Hälfte
und vorzugsweise weniger als ein Drittel der Breite und/oder Länge des
Gehäuses
beträgt.
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Der von der Bodenwand 3,
der Deckwand 5 und den Umfangswänden 7 umschlossene
Innenraum des Gehäuses 1 ist
durch eine parallel zur Bodenwand 5 und Deckwand 5 verlaufende
Trennwand 15 in zwei flache Kammern unterteilt, nämlich eine Eintrittskammer 17 und
eine Austrittskammer 19. Die Trennwand 15 weist
einen Durchlaßbereich 21 auf, der
von zahlreichen, dicht nebeneinander angeordneten kleinen Öffnungen
oder Perforationen gebildet wird, welche die Eintrittskammer 17 mit
der Austrittskammer 19 verbinden. Der Durchlaßbereich 21 befindet
sich seitlich versetzt zur Eintrittsöffnung 9 und zur Auslaßöffnung 11 auf
der zur Auslaßöffnung 11 entgegengesetzt
liegenden Seite der Eintrittsöffnung 9. Außerhalb
des Durchlaßbereichs 21 ist
die Trennwand 15 undurchlässig. Hierdurch wird der an
der Eintrittsöffnung 9 eintretenden
Druckluft, die auf den undurchlässigen
Teil der Trennwand 15 auftrifft, ein Strömungsweg
aufgezwungen, der von der Eintrittsöffnung 9 parallel
zur Bodenwand 3 und Trennwand 15 durch die Eintrittskammer 17 bis
zum Durchlaßbereich 21,
dann fein verteilt durch die kleinen Öffnungen des Durchlaßbereiches 21 in
die Auslaßkammer 19,
und dann entlang der Auslaßkammer 19 parallel zur
Deck wand 5 und Bodenwand 15 zur Auslaßöffnung 11 verläuft und
aus dieser austritt, wie in 4 durch
die Pfeile angedeutet.
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Der Durchmesser der den Durchlaßbereich 21 bildenden
kleinen Öffnungen
wird vorzugsweise so klein wie möglich
gewählt,
um eine möglichst
feine Aufteilung des Luftstroms um damit eine wirksame Schalldämpfung zu
erreichen. Andererseits sollten die Öffnungen nicht so klein sein,
daß sie
für Verstopfung
durch in der Druckluft mitgeführte
Staubpartikel oder dergleichen anfällig sind. Vorteilhafterweise
liegt der Druchmesser der kleinen Öffnungen des Durchlaßbereichs 21 im
Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise beträgt er ca. 5 mm. Die Zahl der
den Durchlaßbereich 21 bildenen
kleinen Öffnungen
wird vorzugsweise in Relation zum Durchmesser der Öffnungen
so gewählt,
daß die
Summe der Querschnitte aller Öffnungen,
d.h. der gesamte Druchlaßquerschnitt des
Durchlaßbereichs 21,
gleich oder größer, vorzugsweise
mindestens doppelt so groß,
wie der Querschnitt der Eintrittsöffnung 9 ist.
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Ferner ist die Trennwand 15,
wie aus 4 ersichtlich,
so angeordnet, daß die
lichte Höhe
der Austrittkammer 19 deutlich größer ist als die lichte Höhe der Eintrittskammer 17.
Beispielsweise kann die lichte Höhe
der Austrittkammer 19 das 1,8 bis 2,2-fache, vorzugsweise
das Zweifache der lichten Höhe
der Eintrittskammer 17 betragen. Durch diese konstruktiven
Maßnahmen
findet die Druckluft auf ihrem Weg von der Eintrittsöffnung 9 durch
die Eintrittskammer 17, den Durchlaßbereich 21 und die
Austrittskammer 19 zur Auslaßöffnung 9 einen zunehmend
größer werdenden
Strömungsquerschnitt
vor.
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Der in den Zeichnungen rechts von
der Eintrittsöffnung 9 liegende
Teil der Eintrittskammer 17, in 4 mit 17a bezeichnet, bildet
einen Pufferraum, der nicht in dem durch die Pfeile angegebenen
Strömungsweg
der Druckluft von der Eintrittöffnung 9 zur Auslaßöffnung 11 liegt,
aber Druckspitzen abpuffern und zu inneren Schallreflexionen beitragen
kann.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse 1 des
Schalldämpfers
so konstruiert, daß es
aus drei übereinander
angeordneten, allgemein plattenförmigen
Formteilen zusammengesetzt ist, näm lich einer die Bodenwand 3 bildenden
Bodenplatte 23, einem Zwischenteil 25, das die
Trennwand 15 und den größten Teil
der Umfangswände 7 umfaßt, und
einer Deckplatte 27, die Deckwand 5 mit der Auslaßöffnung 11 umfaßt. Die
drei Formteile 23, 25 und 27 werden vorzugsweise
aus Aluminium im Sandgußverfahren
geformt. Sie liegen an horizontalen Verbindungsfugen übereinander
und werden durch Schrauben 29, die rings um den Umfang
des Gehäuses
im Bereich der Umfangswände 7 vorgesehen
sind, zusammengehalten. Um die Bodenwand 3, Deckwand 5 und Trennwand 15 zusätzlich gegeneinander
abzustützen,
sind rings um die Eintrittöffnung 9 herum
vier Säulen 31 vorgesehen,
die beispielsweise an die Trennwand 15 angeformt sein können, und
durch die sich ebenfalls Verbindungsschrauben (nicht dargestellt)
erstrecken können.
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Die Bemaßung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers richtet
sich nach den von dem jeweiligen Kompressortyp erzeugten und vom
nachgeschalteten Verbraucher benötigten
Druckluft-Volumenstrom, wobei in erster Linie der Durchmesser der Auslaßöffnung 11 diejenige
Größe ist,
die an die vorhandenen Gegebenheiten angepaßt werden muß. Bei gegebenen
Durchmesser der Auslaßöffnung 11 beträgt die lichte
Höhe der
Eintrittskammer 17 vorteilhafterweise das 0,2 bis 0,3 -fache,
vorzugsweise das 0,25 -fache dieses Durchmessers. Die jeweilige
konkrete Dimensionierung ist auch unter dem Gesichtspunkt zu wählen, daß bei angestrebter
hoher Schalldämpfung
der Strömungswiderstand
des Schalldämpfers
möglichst
niedrig sein soll.
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Es wurde gefunden, daß durch
die beschriebene Konstruktion des Schalldämpfers eine wirksame Reduzierung
des Austritts-Ge-räuschpegels
eines Schraubenkompressors erfolgen kann, wobei eine Herabsetzung
des Geräuschpegels
von z.B. 110 dB in den Bereich von 80 dB möglich ist. Ferner eignet sich
der erfindungsgemäße Schalldämpfer aufgrund
seiner flachen, platzsparenden Bauweise insbesondere zur Verwendung
mit Schraubenkompressoren, die in begrenzten Platzverhältnissen,
z.B. an Silofahrzeugen, eingebaut werden müssen. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer kann
bei Schraubenkompressoren moderner Bauart direkt auf den Kompressor
aufgesetzt werden, wobei die Eintrittsöffnung 9 des Schalldämpfers sich
unmittelbar an den Druckauslaß des
Kompressors anschließen kann.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer besteht aus
korrosionsfestem Material, vor zugsweise Aluminiumguß, wobei
im Sandformverfahren gegossenes Aluminium wegen der niedrigen Dichte
und des dadurch höheren
Dämmwertes
vorteilhafter ist als Druckguß.
Er ist völlig
frei von lose eingelegten Dämm-Materialien
wie Glaswolle, Mineralwolle, Metallgestrick oder dergleichen, wie
sie bei üblichen Schalldämpfern verwendet
werden. Damit eignet sich der erfindungsgemäße Schalldämpfer besonders zur Verwendung
mit Schraubenkompressoren für
die pneumatische Förderung
von empfindlichen Gütern,
da keinerlei Gefahr der Kontamination des Fördergutes durch Korrosionspartikel
oder Partikel von losen Dämmstoffen
besteht. Auch das Gewicht des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist geringer als das üblicher
Schalldämpfer.
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Es wird angenommen, ohne daß diese
Annahme für
die Erläuterung
der Erfindung notwendig oder verbindlich oder einschränkend sein
soll, daß die
festgestellte hervorragende Schalldämpfungswirkung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers maßgeblich
auf den Reflexionen beruht, die an den sich jeweils senkrecht zum
Luftausbreitungsweg erstreckenden und diesen umlenkenden inneren
Flächen des
Schalldämpfers
auftreten und der jeweiligen Anströmrichtung entgegengerichtet
sind. Diese Reflexionen in Verbindung mit den durch die unterschiedlichen
Strömungsquerschnitte
verursachten wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten
in den einzelnen Kammerbereichen führen zu einer breitbandig im gesamten
auftretenden Frequenzbereich wirksamen Unterdrückung von Schallresonanzen
und Reduzierung von Schallemissionen.
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5 und 6 zeigen eine modifizierte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, wobei
die Modifikation darauf abzielt, das Auftreten der vorstehend beschriebenen
Reflexionen zu begünstigen.
Dies geschieht durch eine oder mehrere Reflexionswände, die
sich durch die Austrittskammer 19 quer zum Strömungsweg
der Luft erstrecken, wobei jede Reflexionswand eine oder mehrere
Durchtrittsöffnungen
für die
Luft freiläßt.
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Bei der in 5 und 6 dargestellten
Ausführungsform
trifft die im Durchlaßbereich 21 in
die Austrittskammer 19 eintretende Luft bei ihrer Strömung zur
Austrittsöffnung 11 zuerst
auf eine erste Reflexionswand 35, die an ihren beiden Enden
zwei Durchlaßöffnungen 39 freiläßt. In Strömungsrichtung
hinter der ersten Reflexionswand 35 liegt eine zweite Reflexionswand 37,
die etwa in ihrer Mitte von einer Durchtrittsöffnung 41 unterbrochen
ist.
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Wichtig ist, daß die Durchtrittsöffnungen 39 der
ersten Reflexionswand 35 und die mindestens eine Durchtrittsöffnung 41 der
zweiten Reflexionswand 37 gegeneinander versetzt sind,
so daß der Luft
ein gewundener Strömungsweg
aufgezwungen wird. Vorzugsweise ist der Durchströmquerschnitt der Durchströmöffnungen 39 der
ersten Reflexionswand 35 und/oder der Durchströmöffnung 41 der zweiten
Reflexionswand 37 ungefähr
gleich groß oder
größer wie
der Querschnitt der Eintrittsöffnung 9.
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Der insoweit beschriebene, an sich
bekannte Schalldämpfer
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung so weiter ausgestaltet, wie im folgenden anhand von 7 und 8 erläutert
wird. In 7 und 8 sind Teile, die den in 1 bis 6 gezeigten Teilen entsprechen, mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet.
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Der in 7 und 8 gezeigte Schalldämpfer unterscheidet
sich von dem in 1 bis 4 gezeigten in folgendem:
Sowohl der Einströmöffnung 9 als
auch dem Durchlassbereich 21 der Trennwand 15 gegenüberliegend
ist an der Unterseite der Zwischenplatte 15 bzw. der Deckwand 5 jeweils
eine Schicht 43 bzw. 44 aus einem thermoplastischen
Kunststoff, vorzugsweise PTFE angebracht. Jede PTFE-Schicht 43 bzw. 44 besteht
vorzugsweise aus einem Stapel von PTFE-Platten, z.B. je 10 Platten
mit einer Wanddicke von je 1 mm. In dem Bereich, wo die PTFE-Schicht 43 bzw. 44 angebracht
ist, ist vorzugsweise die Dicke der Zwischenplatte 15 bzw.
der Deckplatte 5 reduziert, sodass eine Vertiefung zur
Unterbringung der PTFE-Platten 43 bzw. 44 gebildet
wird.
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Jeder der PTFE-Schichten 43 bzw. 44 ist
vorzugsweise eine Lochplatte 42 bzw. 45 vorgelagert. Vorzugsweise
besteht jede Lochplatte 42 bzw. 45 aus Metall,
ist also ein Lochblech. Vorzugsweise hat jedes Lochblech eine Vielzahl
von Löchern
mit einem Durchmesser von ca. 5 mm. Beispielsweise kann jedes Lochblech
aus V4A-Stahl mit einer Dicke von 1,5 mm oder aus einer Al-Si-Mg-Legierung
mit einer Dicke von 3 mm bestehen.
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Die Lochbleche 42 bzw. 45 und
PTFE-Platten 43 bzw. 44 bilden mit dem Material
der Trennwand 15 bzw. Deckwand 5 nach Art einer
Sandwich-Bauweise eine feste und unzerstörbare Einheit. Die Lochplatten 42 bzw. 45 und
PTFE-Platten 43 bzw. 44 können aber auch mechanisch durch Schrauben
(nicht dargestellt) an der Trennwand 15 bzw. Deckwand 5 befestigt
sein.
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Wird der Schalldämpfer an der Druckluft-Austrittsseite
eines Schrauenkompressors angeordnet, so wird er von Druckluft durchströmt, deren Betriebstemperatur
zwischen 220°C
und 280°C
liegt und nach wenigen Minuten Betriebszeit erreicht wird. In diesem
Temperaturbereich wird PTFE thermoplastisch, verliert dabei aber
im wesentlichen nicht seine Konsistenz. Versuche haben gezeigt,
dass der Übergang
des PTFE in den thermoplastischen Zustand hervorragend geeignet
ist, hochfrequente Schallwellen aufzunehmen und abzubauen.
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Wandschichten aus Kunststoff, der
bei Betriebstemperatur thermoplastisch wird, können auch in anderen Bereichen
der den Strömungsweg
des Gases begrenzenden Wandungen angebracht werden. Die in 7 und 8 dargestellte Anbringung der PTFE-Schichten 43 bzw. 44 in
den der Einströmöffung 9 bzw.
den Durchströmöffnungen 21 gegenüberliegenden
Bereichen der Zwischenwand 15 bzw. Deckwand 5,
die Aufprall- und Umlenkflächen
für die Druckluft
darstellen, hat sich jedoch als besonders wirksam erwiesen, weil
hier durch den Aufprall und die Umlenkung der heißen Druckluft
eine besonders intensive Wechselwirkung mit dem thermoplastisch wirkenden
Kunststoff erzielt wird.