DE2400990A1

DE2400990A1 - Schalldaempfer fuer druckluftmotor

Info

Publication number: DE2400990A1
Application number: DE2400990A
Authority: DE
Inventors: Walter Julian Raleigh
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Inc
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-01-10
Publication date: 1975-02-13
Also published as: US3789954A; GB1439416A; FR2234454A1; CA994678A; FR2234454B1; JPS5022139A

Description

COHAUSZ ti FLORACK

FATENTANWALTSBÜRO 4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97 !2400990

PATENTANWÄLTE: Dipl.-lng. W. COHAUSZ · Dipl.-lng. W. FLORACK · Dipl.-lng. R. KNAUF · Dr.-lng., Dipl.-Wirtsch.-lng. A. GERBER

Gr ac ο Inc.

60-11th Avenue Northeast

Minneapolis, Minnesota 55415, USA 7. Januar 1974

Schalldämpfer für Druckluftmotor

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit druckluftbetriebenen Motoren, wie man sie häufig im industriellen Bereich für den Antrieb von Pumpen findet. Diese Motoren werden charakteristischerweise mit Energie betrieben, die von Hochdruckluft abgeleitet wird, und mit jedem Pumpentakt kann einmal oder mehrmals in die umgebende Atmosphäre abgeblasen werden.

Druckluftmotoren SHind üblicherweise mechanisch mit Hubkolbenpumpen zu dem Zweck verbunden, einen Pumpenkolben durch einen linearen Bereich zu bewegen. Die Pumpe wiederum bewirkt allgemein eine Bewegung von Median oder viskosen Substanzen durch eine Zuleitung. Solche Pumpen werden für die Förderung von Farben, Fetten, Mastix und eine Eeihe anderer leichter oder schwerer Medien verwendet. Der Druckluftmotor ist für diese Betriebsart besonders gut geeignet, weil er gegen Mediumleitungsdruck arbeitet, ansonsten aber während Perioden ruht, wenn aus der Zuleitung kein Medium abwandert, jedoch in Tätigkeit tritt, sobald ein Mediumfluß einen Leitungsdruckabfall bewirkt. Der Druckluftmotor ist an eine Quelle unter hohem Druck stehender Luft angeschlossen, üblicherweise um 7 kp/cm , die einen beweglichen Kolben steuert. Der Kolben durchwandert einen vorgeschriebenen Hub und kehrt am Ende dieses Hubs um. Am Ende des Kolbenhubs wird die Druckluft durch eine Ventilanordnung von einer Seite des Kolbens abgelassen und entweicht in die Atmosphäre, und sie wird zur anderen Seite des Kolbens geleitet, um den Kolben zurück in seine ursprüng-27 512
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liehe Position zu treiben. Im Betrieb bläst der Druckluftmotor charakteristischerweise einen Luftstrahl am Ende seines Arbeitshubs ab, und dieser Strahl bewirkt eine laute akustische Störung in der Atmosphäre. Darüber hinaus tritt ein erhebliches Geräusch auf, das von der mechanischen Antriebskraft des beweglichen Kolbens und der anderen Teile herrührt, die dem Druckluftmotor und der Pumpe zugeordnet sind. Der Luftgeräuschpegel und der mechanische Geräuschpegel sind für jede Person störend, die in dem Bereich dieses Systems arbeitet, und mitunter kann er den zulässigen Geräuschhöchstpegel überschreiten, der behördlich vorgeschrieben wird.

Es ist möglich, den Luftgeräuschpegel dadurch zu verringern, daß die Luftdruckstrahlen durch Auspuffrohre in einen Bereich von der Arbeitsstelle weg abgeleitet werden, das ist aber häufig teuer oder inpraktikabel. Es ist auch möglich, das mechanische Geräusch eines solchen Systems dadurch auf ein Minimum zu reduzieren, daß es in einen großen, akustisch isolierten Behälter gesetzt wird, das ist aber auch ebenso häufig unpraktikabel oder übermäßig teuer. Ferner hindern solche Lösungen den Zugang für die normale Wartung, die der Druckluftmotor und die Pumpe verlangen.

Es gibt Dämpfungsvorrichtungen, die zur Verwendung mit einem Druckluftmotor zum Senken des Geräuschpegels eingerichtet werden können. Diese Einheiten haben aber den Nachteil, daß sie einen hohen Gegendruck in das System einführen und den betrieblichen Wirkungsgrad des Druckluftmotors verschlechtern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine akustische Geräusch-Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, die die Leistung des Druckluftmotors nicht nennenswert beeinträchtigt, damit also keinen Gegendruck einführt, der die Leistung des Druckaluftmotors verschlechtern kann.

Durch die Erfindung werden bisherige Nachteile beseitigt, indem ein Schalldämpfer für mechanische Geräusche und Luftstrahlgeräusche geschaffen wird, der das Luftmotorgeräusch stark mindert, ohne dessen betrieblichen Wirkungsgrad oder dessen Wartbarkeit zu beeinträchtigen. Die Erfindung ist hauptsächlich über den Frequenzbereich des

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größten Geräusches wirksam und mindert solche Geräuschfrequenzen auf tolerierbare und akzeptable Werte. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachsetehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1A und 1B deine äußere und innere Teilansicht eines Druckluftmotors in typischer Ausführung,

Pig. 3 die Darstellung des Luftauspuffteils im Schnitt,

Fig. 4 ein Teüsehnitt des unteren Teils des erfindungsgemäßen Geräuschdämpfers und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der relativen Geräuschpegel an verschiedenen Teilen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Umschließung mit einem abnehmbaren oberen Teil und einem ortsfesten unteren Teil. Diese Umschließung paßt über einen Druckluftmotor. An die Innenfläche des Schalldämpfers sind geeignete schallisolierende Materialien angesetzt, und weiter weist er ein akustisches Leitungsnetzwerk in der nähe seiner Oberseite a£uf, um den Durchgang von Luft zur Außenseite zu ermöglichen, während ein erheblicher Teil des Schalls abgefiltert wird, der mit einem solchen Luftdurchgang einherghet. Der ortsfeste untere Teil des Schalldämpfers dient auch dazu, mechanische Geräusche zu dämpfen, die durch den hubbewegbaren Kolben des Druckluftmotors hervorgerufen werden.

In Yig. 1A ist der Druckluftmotor 10 in Perspektivansicht gezeigt. Der Druckluftmtoijor 10 wird von einer Quelle unter hohem Druck stehender Druckluft her betrieben, die beispielsweise an der Kupplung 11 mit dem Inneren des Druckluftmotors verbunden ist. Der Lufteinlaß an der Kupplung 11 ist erfindungsgemäß über einen Schlauch 12 mit einer zweiten Kupplung 13 verbunden, die am unteren Teil 15 angeordnet ist und durch den unteren Teil 15 zum Außenanschluß geht. Der untere Teil 15 dient sowohl als Träger für die anderen Teile des erfindungsgemäßen Schalldämpfers als auch als ein Schalldämpfer selbst, was noch zu beschreiben sein wird. Der Druckluftmotor 10 ist typischerweise mit einer Pumpe 16 verbunden, die in einem Pump-

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material eingetaucht ist. Im Betrieb wird das zu pumpende Material über den Auslaß 17 gepumpt, an den entsprechende Schläucte oder Eohre angeschlossen sind. Eine Haube 14 dient als äußere Abdeckung für den Druekluftmtor 10, und sie dient auch als ein erster Geräuschpegeldämpfer. Die Haube 14 ist fest. am. Rahmen des Druckluftmotors mittels einer Anzahl von Schrauben 18 angebracht. Die untere innere Fläche der Haube 14 paßt stramm über den außen liegenden Umfang des Eings 21, der in Fig. 1B gezeigt ist. Der Sing 21 weist eine Anzahl von Löchern 22 auf, durch die Luft nach unten geleitet wird. Ein typischer Druekluftmtor kann sechzehn Löcher 22 haben, die gleichmäßig um den Umfang des Eings 21 herum angeordnet sind. Jedes Loch hat einen Durchmesser von etwa 3*8 mm. Die aus dem Druckluftmotor abgeblasene Luft wird durch diese Löcher gedrückt, nachdem sie von der Innenfläche der Haube 14 umgelenkt worden ist. Obgleich es allgemein vorzuziehen ist, einen Schalldämpfer zu vermeiden, der einen Gegendruck erzeugt, ist es erforderlich, daß ein gewisser Gegendruck im Inneren der Haube 14 erzeugt wird. Die unter hohem Druck stehende Luft, die aus dem Bereich 25 des Druckluftmotors 10 strömt, ruft einen extremen Kühlungseffekt hervor, während sie nach außen gelassen wird, und zwar als Folge des plötzlichen Druckabfalls. Dieser Druckabfall, wenn er nicht etwas durch den Gegendruck in der Haube 14 unterdrückt wird, kann ein Gefrieren der Feuchtigkeit in der umgebenden Luft bewirken und Eisenartikel entstehen lassen, die in die Atmosphäre geblasen werden könnten und Schaden hervorrufen könnten. Ferner sinkt die Temperatur der Bauteile des Druckluftmotors im Bereich 25 erheblich unter-18 C ab, und dann können Schäden an den Teilen des Druckluftmotors hervorgerufen werden. Die Haube 14 fungiert deshalb nicht nur als ein erster Geräuschdämpfer, sondern sie mildert auch den Kühlungseffekt der unter hohem Druck abgeblasenen Luft.

In Fig. 1B sind einige der Funktionsteile des Druckluftmotors 10 gezeigt. Ein. Kolben 23 wird durch Beaufschlagung mit Druckluft durch die Einlaßkupplung 11 nach oben und nach unten in Hubbewegung versetzt. Eine innere Ventilanordnung leitet die zugeführte Luft wahlweise entweder zur Oberseite des Kolbens 23 oder zur Unterseite des-.

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selten, tun diese Hubbewegung zu bewirken. Am Ende jädes Hubs wird die Druckluft im Zylinder aus dem Zylinder durch Öffnungen (nicht dargestellt) abgelassen, die sich im Bereich 25 in der Nähe des oberen Endes des Druckluftmotors befinden. Dieser Luftablaßbereich 25 sendet einen extrem lauten Schallpegel in eine Vielzahl von radialen Eichtunegen aus.

Der Kolben 25 ist mechanisch mittels einer Antriebswelle 24 mit einem Pumpmechanismus innerhalb der Pumpe 16 gekuppelt. Mt der Hubbewegung des Schafts 24 gelangt die Kopplung, die mit dem Kolben 25 verbunden ist, in Kontakt mit Tentilmechanismen während jedes Hubs. Das ruft einen lauten mechanischen Schall hervor, der allgemein nach unten zum unteren Teil des Druckluftmotors gestrahlt wird. Dieses Geräusch ist am lautesten direkt über dem Motor 10 und unter ihm in der Kammer 26, die durch das Gehäuse 27 des Druckluftmotors gebildet ist.

Das Gehäuse 27 des Druckluftmotors und der untere Teil I5 sind elastisch miteinander durch Schrauben 28 und geeignete Gummibuchsen verbunden. Diese Schrauben dienen auch dazu, den gesamten Verband an einer außen sitzenden äTraganordnung (nicht dargestellt) anzuschrauben. Diese-außen sitzende Traganordnung weist beispielsweise einen Mechanismus zum Heben und Senken des gesamten Verbands in einen Behälter auf,.der ein flüssiges Pumpmaterial enthält, aber ein solcher Hebe- und Senkmechanismus bildet keinen Teil der Erfindung.

In Pig. 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung an einem Druckluftmotor in einer Art und Weise gezeigt, wie man sie üblicherweise in der Praxis findet. Eine Umschließung 30 ist am Unterteil 15 durch Siegel

29 befestigt, um einen dichten akustischen Schirm um alle Seiten des Druckluftmotors 10 herum zu bilden. Die Innenseite der Umschließung

30 ist mit einem schall- und virbrationsdämpfenden Material beschichtet, beispielsweise einem Kitt auf Petroleumbasis. Dieses Material führt zu einer Verringerung der .Resonanz der Wände der Umschließung 30 und ermöglicht in Grenzen die Herstellung der Umschließung 30 aus dünnerem Material, als das anderenfalls erforderlich wäre. An

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die Außenseite der Umschließung 30 in der Nähe ihrer oberen Seite ist eine Ablenkplatte bzw. ein Dämpfer 35 angebracht, die bzw. der mit dem Inneren der Umschließung 30 über einen Längsschlitz in Verbindung steht, der durch die Breite der Umschließung 30 geschnitten ist. Die Innenseite des Dämpfers 35 ist mit einem porösen, elastischen Urethanschaum 36 ausgekleidet. Ein gleiches Material wird an den Flächen der anderen Teile der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet, was noch zu beschreiben sein wird.

Die Dicke der Lage Schaummaterial 36 hängt von den Frequenzen des Schallspektrums ab, das unterdrückt werden soll. Erfindungsgemäß hat sich eine Schaumlage in einer Dicke von etwa 12,7 mm als zugfriedenstellend erwiesen, wenn das Schaummaterial offenzellig ist und eine Dichte von etwa 32 kg/nr hat.

Die Pfeile in Fig. 2 zeigen allgemein den Weg des Luftstroms in Zusammenhang mit der Erfindung an. Die Auspuffluft vom Druckluftmotor fließt durch die Löcher 22, wie das zuvor schon beschrieben worden ist. Diese Luft wird nach iunten innerhalb der Umschließung 30 gerichtet. Die Innenseite des Unterteils 15 lenkt die Luft nach oben ab und führt sie schließlich durch den Dämpfer 35. Der Dämpfer 35 seinerseits lenkt die Auspuffluft nach unten in die Atmosphäre ab. Der Luftströmungsweg wird also dreimal ausgeprägt geändert: Zuerst erfolgt eine Ablenkung nach unten, dann nach oben innerhalb der Umschließung 30, schließlich nach außen und nach unten durch den Dämpfer 35· Dieser komplexe Strömungsweg unterstützt die Dämpfung des Schalls, der durch die Auspuffluft hervorgerufen wird.

In Fig. 3 ist ein Teil der Umschließung 30 zusammen mit dem Dämpfer 35 gezeigt. Eine Ablenkplatte 34 ist innerhalb der Umschließung 30 angebracht, um Auspuffluft nach außen durch den Schlitz in dar Umschließung 30 abzulenken, und zwar in das Innere des Dämpfers 35· Die Ablenkung 34 erstreckt sich durch das gesamte Innere über die Breite der Umschließung 3o hinweg, und sie ist mit einer Lage Schaummaterial 36 beschichtet. Die Länge der Ablenkung 34 bestimmt sich hauptsächlich durch den Platz innerhalb der Umschließung 30. In be-

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sonderen Anwendungsfällen kann die Ablenkung 34 in ihrer Länge vergrößert werden, und dier Dämpfer 35 kann entsprechend in der Länge
verkürzt werden. Es sind die kombinierten Effekte des Gesamtdurchgangs, -der von der Ablenkung 34 und dem Dämpf er 35 gebildet sind,
welche zusammen den gewünschten Schalldämpf ungseffekt erbringen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung kann Schaummaterial 36 in die in Fig. 3 gezeigten Positionen eingesetzt wierden. Die Ablenkplatte 34 hat eine leichte nach oben gerichtete Schräge,
wie das in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Schräge wird hauptsächlich wegen der inneren Platzbeschränkungen eingeführt, wobei die Ablenkung 34 in cLie Umschließung 30 eingepaßt werden muß, ohne mit der Haube
14 des Druckluftmotors in Kontakt zu gelangen. Eine Alternativlösung besteht darin, die Längenabmessung der Umschließung 30 zu vergrößern, um damit den Innenraum zu vergrößern, so daß die Ablenkung 34 waagrecht angeordnet werden kann. Wichtig ist, daß die Querschnittsfläche der Auspufföffnung, die von der Ablenkplatte 34 und der Abdmämpfung 345 gebildet wird, erheblich größer als die Gesamtfläche aller Löcher 22 ist. Querschnittsflächen der Auspufföffnung in der Größenordnung vom Zehn- bis Hundertfachen der Gesamtquerschnittsflachen aller Löcher 22 sind für diesen Zweck adäquat. Das mindert den Gegendruckeffekt erheblich, der anderenfalls von der Umschließung 30 und dem Dämpfer 35 hervorgerufen wird. Eine Verringerung des Gegenedrucks ermöglicht ein arbeiten der Pumpe mit höhrem Wirkungsgrad und. minimalisiert auch das Problem der Abdichtung der Umschließung 30 um den Druckluftmotor herum.

In Fig. 4 ist ein Teilquerschnitt durch den unteren Teil der Umschließung 30 und des Unterteils 15 gzeigt. Eine Muffe 39, die einen nach oben gerichteten Yorsprung des Unterteils 15 bildet, ist dichtend um den Schaft 24 herum angebracht. Die Muffe 39 legt sich gegen den unteren Teil des Pumpengehäuses 27. Aufgabe der Muffe 39 ist es, eine vollständige Abdichtung zwischen der Innenkammer 26 des Gehäuses 27 und dem Unterteil 15 zu schaffen. Das verhindert das Ausstrahlen von mechanischem Geräusch durch den unteren Teil des Druckluftmotors un verbessert damit die Schalldämpfungscharakteristiken der Erfindung«

Fig. 5 zeigt verschiedene Kurven, die in ein Diagramm eingetragen

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sind, das das relative Schallspektrum eines Druckluftmotors in Kombination mit den verschiedenen Elementen der Erfindung darstellt. Schallmeßversuche, die mit dem Druckluftmotor allein und ohne die Haube 14 durchgeführt worden sind, zeigen den durchschnittlichen Schallpegel, gemessen mit einem Mikrophon, das etwa 90 cm vom Druckluftmotor entfernt war, in Höhe von 10-(6 dBA über einen Standardbezugs schallpegel. Das ist in Pig. 5 als Kurve 40 dargestellt. Das größte Geräusch tritt bei einem Frequenzbereich von etwa 1.000 Hz bis 16.000 Hz auf.

Die Kurve 50 in Fig. 5 zeigt die relative Schallminderung, wenn die Haube 14 am Druckluftmotor angebaut ist. Unter diesen Umständen haben Versuche einen relativen durchschnittlichen Schallpegel im Bereich von 95 ÖJ3A angezeigt. Die Kurve 60 veranschaulicht die Verbesserung bei Hinzufügen der Umschließung 30 als ein weiterer Schalldämpfer. Das führt zu einer durchschnittlichen Geräuschmessung von 10 dBA weniger, als durch die Kurve 50 dargestellt. Die Kurve 70 zeigt das SchallSpektrum mit allen Teilen der erfindungsgemäßen Anordnung in Anbringung an den Druckluftmotor, wie das vorstehend beschrieben worden ist. In diesem Fall wird das durchschnittliche Geräusch um weitere etwa 10 dBA gesenkt. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung (Kurve 70) in Verbindung mit dem Druckluftmotor (Kurve 40) wird also das Schallspektrum wesentlich gesenkt. Die Betriebsergebnisse der erfindungsgemäßen Anordnung liegen erheblich unter den Höchstwerten, die behördlich vorsgeschrieben sind.

Die Form der Umschließung 30 kann zylindrische Abdeckungen mit einschließen. Die relativen Größen der Ablenkung 34 und des Dämpfers 35 können in bestimmten Anweundungsfällen geändert werden, um optimale Ergebnisse zu erreichen, solange das Gesamtziel erreicht wird, eine vollkommen in sich geschlossene Schalldämpfungsvorrichtung zu schaffen.

Ansprüche

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Claims

■Ansprüche

1. Vorrichtung zum Dämpfen von Druckluftmotorgeräusch, das durch mechanischen Kontakt der beweglichen Teile des Druckluftmotors und durch Auspuffluft hervorgerufen wird, welche durch die Auspuffpffnungen des Druckluftmotors abgeblasen wird, gekennzeichnet durch eine erste Umschließung, die die Auspufföffnungen des Druckluftmotors umschließt und eine Anzahl kleiner Auspufföffnungen hat, die zum Ablassen der Auspuffluft dienen, und einen dichtend am Druckluftmotor angebrachten Unterteil sowie eine die erste Umschließung umschließende zweite Umschließung, die mit dem Unterteil verbunden ist und eine Auslaßöffnung und eine Ablenkplatte in einer Flucht mit der Auslaßöffnung hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lage elastischen Schaummaterials, das die Fläche der Ablenkplatte an der Auslaßöffnung abdeckt, und durch eine Lage schalldämpfenden Mastixmaterials im wesentlichen über die gesamte Innenfläche der zweiten Umschließung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ablenkplatte in einer inneren Flucht mit der Öffnung der zweiten Umschließung und auch in einer äußeren Flucht mit der Öffnung der zweiten Umschließung erstreckt, wobei die außen in einer Flucht liegende Ablenkplatte eine Winkelbiegung zum Ablenken von Auspuffluft enthält.

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