DE29606554U1

DE29606554U1 - Vorrichtung zum Reduzieren von Störschall in Rohren

Info

Publication number: DE29606554U1
Application number: DE29606554U
Authority: DE
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2006-04-12

Description

Beschrei bung:

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Reduzieren von StörschalL in Rohren, die von insbesondere pulsierenden Gasen durchströmt sind, insbesondere in Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist bekannt aus der DE 195 00 450 A. Wesentliches Merkmal der bekannten Vorrichtung ist, daß die pulsierende Gasströmung für eine bestimmte Wegstrecke auf zwei oder mehr im wesentlichen parallele Rohrleitungen aufgeteilt wird und daß wenigstens eine der parallelen Rohrleitungen perforiert ist. Die perforierte Stelle ist mit einer Haube überdeckt, die verhindert, daß die Gase in die freie Atmosphäre gelangen.

Die Wirkung der bekannten Vorrichtung beruht auf den physikalischen Grundprinzipien der Phasenverschiebung und der Interferenz. Die Anwendung des Interferenzprinzips bei der Schalldämpfung bringt jedoch nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile, da sie nicht nur zu der erwünschten Auslöschung der Schallereignisse in einem bestimmten Resonanz-Frequenzbereich, sondern genauso zu einer Verstärkung der SchaLlereignisse in Antiresonanz-Frequenzbereichen führt. Diese Verstärkungen müssen daher durch zusätzliche Schalldämpfer nachträglich wieder beseitigt werden.

Da die Interferenz phasenabhängig ist, wirkt sie immer nur in bestimmten Frequenzbändern. Um das Niveau des Störschalls insgesamt abzusenken, müssen daher zusätzlich breitbandige Schalldämpfer vorgesehen werden. In der Summe führt dies zu einem erhöhten Raumbedarf, zu erhöhtem Gewicht und zu erhöhten Kosten sowie zu einem höheren Strömungswiderstand der Gase, was wiederum negative Rückwirkungen auf die Leistung eines Verbrennungsmotors hat.

"2 ⁴ ■··

Der vorliegenden Erfindung Liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwiekeln, daß Störschall, Platzbedarf, Gewicht, Kosten und Strömungswiderstand reduziert und die Zahl der akustisch wirksamen Parameter erhöht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich auf den ersten Blick nur unwesentlich von der gattungsgemäßen Vorrichtung, überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, daß bei nahezug gleichbleibendem Strömungswiderstand die Summe der Querschnitte der gasführenden Rohrleitungen reduziert werden kann, daß die Resonanzkurve im Bereich der Störschallreduzierung verbreitert wird und daß die Amplitude im Bereich der Resonanzüberhöhungen abgesenkt wird. Als wesentlicher Vorteil stellt sich jedoch eine Absenkung des Störschalls über einen Großteil des Frequenzbereichs um 3 bis 5 dB ein.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Frequenz, bei der die Absenkung stattfindet, in einfachster Weise durch eine Verlängerung oder Verkürzung der parallelen Rohrleitungen eingestellt werden kann. Je langer das System, desto tiefer die Resonanzfrequenz, und umgekehrt. Die Mindestlänge der parallelen Rohre sollte erfahrungsgemäß 1 m nicht unterschreiten.

Auch über das Volumen des Gehäuses lassen sich die akustischen Eigenschaften beeinflussen. Je größer das Volumen, desto tiefer die Resonanzfrequenz und desto schma Ibandiger die Resonanzkurve und umgekehrt. Durch einen geschickten Kompromiß zwischen Rohrlänge und Gehäusevolumen läßt sich somit jede gewünschte Resonanzfrequenz und jede

gewünschte Resonanzkurvenform einstelLen.

Je weiter vorne - bezogen auf die Gasströmung KoppeLöffnung und Gehäuse angebracht sind,, desto besser ist die Wirkung. Als guter Kompromißwert hat sich herausgestellt, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Gehäuse einen Abstand von etwa einem Drittel der Gesamtlänge vom Anfang der parallelen Rohrleitungen einhält.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht zwischen den parallelen Rohrleitungen wenigstens eine bffnung. Diese öffnung führt zu einer zusätzlichen Verbreiterung der Resonanzkurven. Des weiteren entsteht bei höheren Frequenzen ein zusätzlicher Resonanzbereich mit einer Auslöschung des Störschalls.

Der wesentliche Vorteil einer solchen bffnung kommt jedoch erst dann zum Tragen, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung &eegr; parallele Rohrleitungen in ein einziges n-Sektoren-Rohr mit Mittelstegen integriert sind. Im Falle von zwei parallelen Rohrleitungen ist dies ein sogenanntes Doppel-D-Rohr. Sollen zwei derartige n-Sektoren-Rohre miteinander verbunden werden, so ist eine gasdichte Verbindung im Bereich des Rohrmantels ohne weiteres möglich, im Bereich der Mittelstege dagegen nicht. Da bei der Erfindung ein Bypass zwischen den parallelen Rohrleitungen nicht nur nicht stört, sondern sogar einen positiven Effekt hat, läßt sich ein TeiI röhrstück, insbesondere natürlich das mit dem aufgesetzten Gehäuse, auswechselbar machen, so daß bei Korrosion oder Gewalteinwirkung ein Austausch möglich ist.

Hinzu kommt, daß ein n-Sektoren-Rohr einen geringeren Platzbedarf und ein geringeres Gewicht aufweist als &eegr; Einzelrohre mit identischem gasführenden Querschnitt.

Mit Hilfe des n-Sektoren-Rohrs und seinen n-1 KoppeLöffnungen und Gehäuse kann eine Schal Laus löschung in n-1 Frequenzbereichen eingestellt werden. Durch geschickte Staffelung der Resonanzfrequenzen kann somit eine sehr breitbandige Schallreduzierung erreicht werden, und zwar zusätzlich zu der in jedem Fall zu beobachtenden breitbandigen SchalLreduzierung. Dabei ist insbesondere von Vorteil, daß auch mit kleinen Gehäusevolumina sehr niederfrequente Resonanzfrequenzen erreicht werden können.

Dies ist ein eklatanter Vorteil gegenüber den klassischen Schalldämpferkonstruktionen.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, entsteht bei der Anströmung der Vorderkanten der Mittelstege ein erhöhtes Strömungsrauschen. Um diesen unerwünschten Effekt zu reduzieren, empfiehlt es sich, die Stirnkante - bezogen auf die Gasströmung - V-förmig auszuschneiden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Gehäuse mit schalldämmendem Material wie Basaltwolle ausgefüllt sein. Erforderlich ist dies aber nicht,

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Koppelöffnung als Perforation der Rohrwand ausgebildet. Alternativ dazu ist die Koppelöffnung aber auch als Ausschnitt mit entsprechend großem Querschnitt ausführbar.

Des weiteren hat sich herausgestellt, daß in das Gehäuse das Gas Lenkende Einbauten eingesetzt werden können. Diese Einbauten führen zu einer Veränderung der Scha I Lausbreitung, wodurch über die Phasenveränderung auch die Interferenzfrequenz beeinflußt wird.

SpezieLL für das n-Sektoren-Rohr empfiehlt sich ein Gehäuse, das durch dichte Trennwände in n-1 Kammern unterteilt ist.

·· · « · »■■»»■■

Han erhält so einen sehr kompakten Aufbau, wobei auf die Technik des klassischen SchalLdämpferbaus zurückgegriffen werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können in die parallelen Rohrleitungen selbst ebenfalls Einbauten eingesetzt werden, um auf diese Weise.die akustischen Ausbreitungsbedingungen zu beeinflussen. Vorteilhafterweise können diese Einbauten als Düsen, insbesondere Venturi-Düsen ausgebildet sein, die den Vorteil haben, daß der Strömungswiderstand praktisch nicht erhöht wird.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines AusfuhrungsbeispieLs näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Querschnitt durch eine erste Vorrichtung zum Reduzieren von Störschall in Rohren, die von insbesondere pulsierenden Gasen durchströmt sind,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine derartige Vorrichtung und

Fig. 3 in perspektivischer, schematischer Darstellung eine weitere Vorrichtung zum Reduzieren von Störschall.

Fig. 1 zeigt ein Rohr 1, das mit Hilfe eines Querstegs 2 in zwei parallele Rohrleitungen 3, 4 unterteilt ist. Dieser Rohrtyp wird Doppel-D-Rohr genannt.

Die Wandung der einen Rohrleitung 4 ist mit einer KoppeLöffnung in Form einer Perforation 5 versehen, wie sie im Schalldämpferbau üblich ist. Im Bereich dieser Perforation 5 ist auf dem Rohr 1 ein Blechgehäuse 10 mit Stirnwänden 11 gasdicht befestigt. Der Innenraum des Gehäuses 10 kann mit schalldämmendem Material wie

t :

Basaltwolle ausgefüllt sein.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine komplette Schalldämpferanlage. Das die Gasströmung G aufnehmende Rohr 1 ist in drei Längenabschnitte 1, 1' unterteilt, wobei Flansche 7, 7' für eine mechanisch feste und gasdichte Verbindung im Bereich des Rohrmantels sorgen. Eine Abdichtung im Bereich des Hittelstegs 2 ist nicht erforderlich, da sich herausgestellt hat, daß eine Verbindungsöffnung 6 zwischen den parallelen Rohrleitungen 3, 4 einen positiven Einfluß auf die Schalldämmung hat. Es hat sich heraustellt, daß insbesondere die Resonanzüberhöhung der unerwünschten, jedoch unvermeidlichen Anti resonanzfrequenz erheblich abgesenkt wird.

Die Gesamtlänge L des schalldämpfenden Systems aus den Rohren 1, 1' und dem Gehäuse 10 korrespondiert unmittelbar mit der Resonanzfrequenz der maximalen Schalldämpfung; je langer die Länge L, desto tiefer die Resonanzfrequenz. Auch die Position der KoppeLöffnung 5 und des Gehäuses 10 und insbesondere das Gehäusevolumen haben einen Einfluß auf die Schalldämpfung; eine Position in etwa einem Drittel-Abstand vom - bezogen auf die Gasströmung - Kopf der Anlage hat sich als optimaler Kompromiß herausgestellt.

Die Zufuhr der Gase zu der Anlage sowie deren Abfuhr erfolgt über normale Rohrleitungen 20, 21.

Fig&ldquor; 3 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung ein Vier-Sektoren-Rohr 1' mit vier Hittelstegen 2', wobei die Querschnitte der parallelen Rohrleitungen 3, 4, 4', 4^Tt untereinander differieren. Während die eine Rohrleitung 3 gleichmäßig vom Anfang zum Ende des Rohrs 1' verläuft, sind die parallelen Rohrleitungen 4, 4', 4^r' mit Koppelöffnungen in Form von rechteckigen Ausschnitten 15, 16 versehen. Im

"»Sfitfte *P · ·· ··

Bereich der Koppelöffnungen 15, 16 ist ein Gehäuse 10' mit Stirnwänden 11 auf dem Rohr 1' befestigt. Das Gehäuse 10' ist mit Hilfe von dichten Trennwänden 13, 14 in n-1 Kammern unterteilt, wobei jede Kammer über eine der Koppelöffnungen 15, 16 an die entsprechende Rohrleitung 4, 4', 4¹¹ angekoppelt ist. Ebenso wie die gasführenden Querschnitt der parallelen Rohrleitungen 3, 4, 4', 4¹¹ können auch die Volumina der verschiedenen Kammern des Gehäuses 10' unterschiedlich dimensioniert sein. In jedem Fall erhält man so eine sehr kompakte Anlage, die die Absenkung der Störschallkurve an n-1 Frequenzbereichen ermöglicht.

Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, besitzen die Hittelstege 2' an ihrer vom Gas angeströmten Vorderkante eine V-förmige Aussparung 8. Diese V-Form reduziert das Strömungsrauschen, welches bei der Anströmung der Stirnkanten der Mittelstege 2' entsteht.

Hit einer Scha LIdämpferan lage gemäß Fig. 2, die folgende Abmessungen aufwies

Gesamtlänge L der Rohre = 1 m
effektiver Durchmesser der Rohre = 52 mm Volumen des Gehäuses = 6,3 Liter

konnten folgende Werte erreicht werden

Absenkung der Schallkurve über den gesamten Frequenzbereich: 4 bis 5 db

Frequenz der maximalen Schal Ireduzierung: 200 Hz.

Claims

"SKCte 'S Schutzansprüche;

1. Vorrichtung zum Reduzieren von Störschall in Rohren, die von insbesondere pulsierenden Gasen durchströmt sind, insbesondere in Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, umfassend

im wesentlichen parallele Rohrleitungen (3, 4 , 4' , 4'¹), -- der Gasstrom (G) teilt sich auf die Rohrleitungen (3, 4,

4', 4^fI) auf,
-- eine der Rohrleitungen (4) ist mit einer Koppelöffnung (5, 15, 16) versehen,

über der Koppelöffnung (5, 15, 16) befindet sich eine

gasdichte Abdeckung,
gekennzeichnet durch die Merkmale;

- es sind &eegr; parallele Rohrleitungen (3, 4, 4', 4¹') vorgesehen mit &eegr; = 2, 3, 4 ...,

die Abdeckung ist ein BLechgehäuse (10, 10'), das die perforierte Rohrleitung (4, 4^T, 4'¹) umschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Herkma L:

das Gehäuse C10, 10') ist in einem Abstand von etwa einem Drittel der Gesamtlänge (L) der parallelen Rohrleitungen (3, 4) entfernt vom - bezogen auf die Gasströmung (G) - Anfang der parallelen Rohrleitungen (3, 4) positioniert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal:

zwischen den parallelen Rohrleitungein (3, 4) besteht wenigstens eine öffnung (6).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Gehäuse (10) und ein Teilstück (1¹) der parallelen Rohrleitungen (3, 4, 4", 4'') bilden eine auswechselbare Einheit.

"S£*?te

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Gehäuse (1O₇ 10') ist mit schalLdämmendem Material ausgefüllt,

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die parallelen Rohrleitungen (3, 4, 4^T, 4'') sind als n-Sektoren-Rohr <1, 1') mit Mittelstegen (2, 2¹) ausgebiIdet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch das Merkma L:

- der Mittelsteg (2¹) besitzt - bezogen auf die Gasströmung (G) - eine V-förmig ausgeschnittene Stirnkante (8).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- es sind zwei parallele Rohrleitungen (3, 4) vorgesehen, gebildet durch ein Rohr (1, 1^f) mit einem Mittelsteg (2).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die parallelen Rohrleitungen (.3, 4 , 4', 4'') besitzen unterschiedliche Querschnitte.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Koppelöffnung ist als Perforation (5) ausgebildet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Koppelöffnung ist als Ausschnitt (15, 16) ausgebildet,

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

"••selte -&iacgr;&ogr; · ·· ··

gekennzeichnet durch das Merkmal:

- in das Gehäuse (10) sind das Gas lenkende Einbauten (9) eingesetzt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Gehäuse (10^?) ist durch n-2 dichte Trennwände (13, 14) in n-1 Kammern unterteilt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- in wenigstens eine der parallelen Rohrleitungen (3, 4, 4', 4'') ist ein das Gas lenkender Einbau eingesetzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das Her kina L:

- der Einbau ist eine Düse, vorzugsweise eine Venturi-Düse.