DE3010615A1 - Geraeuschdaempfer fuer auslassleitungen in pneumatischen schaltkreisen - Google Patents
Geraeuschdaempfer fuer auslassleitungen in pneumatischen schaltkreisenInfo
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Description
"Geräuschdämpfer für Auslassleitungen in pneumatischen
Schaltkreisen"
Dämpfer zur Unterdrückung oder wenigstens Reduktion des
Geräusches, das beim Ausströmen eines in einem pneumatischen Schaltkreis unter Druck zirkulierenden Gases entsteht,
sind bekannt und werden allgemein als Schalldämpfer bezeichnet. Ihre Aufgabe besteht in erster Linie· darin,
den Geräuschpegel herabzusetzen, wenn das Gas, beispielsweise Druckluft, in einem Behälter oder einem Leitungsnetz
rasch in die Atmosphäre ausströmt. Es ist eine Tatsache, dass beim Ausströmen von Druckluft das Geräusch
durch die brüske und ungeordnete Expansion der mit der Atmosphäre in Berührung kommenden Luft entsteht. Die
Expansion ist deswegen brüsk und rasch, weil im allgemeinen in den pneumatischen Schaltkreisen Leistungen und Frequenzen
benötigt werden, die nur mit raschen Wechseln vom Druckzustand in den drucklosen Zustand erreicht werden
können, mit der dadurch bedingten Notwendigkeit, jeden Gegendruck in der Leitungsanordnung in kürzester Zeit
abzubauen.
In anderen Bereichen wird dieses Problem dadurch gelöst, dass man mittels geeigneter Leitungen die Expansion des
Gases derart weit durchführt, bis der Kontakt mit der Atmosphäre bei einem Druck stattfindet, der dem Atmosphärendruck
sehr nahe ist. Jedoch haben diese Einrichtungen, ausser ihren für die Verwendung im pneumatischen
Schaltkreisen unzulässigen Abmessungen und ihren für eine Hilfseinrichtung übermässigen Kosten nur den Vorteil, dass
sie für stets gleichbleibende Druck- und Strömungsbedingungen verwendet werden können. Dies trifft andererseits
in pneumatischen Schaltkreisen nicht zu, bei denen-die
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Notwendigkeit, die Anlagekosten gering zu halten, die Verwendung desselben Schalldämpfers in äusserst verschiedenen
Strömungs-, Druck- und Regulierbedingungen notwendig
macht. Aus dem bisher Gesagten folgt, dass an einen Auslassdämpfer für pneumatische Schaltkreise die Forderung
gestellt werden muss, das Geräusch auf einen annehmbaren Pegel abzusenken, aber mit gleichmässiger Ausströmgeschwindigkeit
des Gases; es handelt sich somit darum, den besten Kompromiss zwischen zwei entgegengesetzten Notwendigkeiten
zu finden, nämlich maximaler Geräuschabsenkung bei gleichzeitig schnellstem Druckabbau. Bis heute wurden
die.allgemein bekannten Geräusch- oder Schalldämpfer mit verschiedenen Techniken, aber mit beinahe gleichen Prinzipien
gebaut, nämlich derart, dass man das ausströmende Gas durch Scheidewände von gegebener Dicke und Porosität
hindurchströmen lässt, wobei auch bereits eine erste Expansion des Gases stattfindet oder wenigstens dieser
vorangeht.
Im allgemeinen bestehen diese Scheidewände aus poröser
Bronze, aus gepresster Stahlwolle oder porösem Kunststoff und bilden selber die tragende Hülle, die mechanisch mit
einem Gewindeteil verbunden oder an diesen angeschweisst ist, der die Befestigung auf der Auslassleitung ermöglicht.
In andern Fällen weist die tragende Hülle eine Scheidewand auf, die beispielsweise aus Filz, aus Zellwolle oder
anderem porösem Material bestehen kann. Beispiele solcher Scheidewände sind· in den ersten beiden Figuren der Zeichnung
dargestellt.
Solche Schalldämpfer haben zwar annehmbare Geräusch- und Strömungseigenschaften; sie weisen aber alle eine gewisse
Anzahl von Nachteilen auf oder erreichen nicht diejenigen Leistungen, die mit der vorliegenden Erfindung beabsichtigt
sind. Vor allem weist ein derart hergestellter Schalldämpfer dieselbe Abströmöffnung (d.h. die Summe aller
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kleiner Porositäten für sämtliche Betriebsbedingungen auf; wie immer auch die Ausströmung sowie ihr Druck sind, muss
sie durch stets gleiche Oeffnungen hindurch erfolgen.
Andererseits ist es bekannt, dass ein Schalldämpfer nicht nur auf Bestandteilen einer Anlage mit verschiedenen
Eigenschaften verwendet wird, sondern dass auch bei denselben Bestandteilen die dynamischen Bedingungen des Gases
vor dieser Abströmung je nach der Zweckbestimmung des Bestandteiles und seiner verschiedenen Betriebsbedingungen
Strömungs- und Druckübergänge aufweisen, die von einem zum
andern Zeitpunkt sehr verschieden sein können.
Ausserdem verstopfen diese porösen Scheidewände in Gebrauch. In Wirklichkeit enthält das Gas, insbesondere
die zur Verwendung gelangende Luft, kleinste Partikel in Suspension, Verunreinigungen, die in den verschiedenen
Teilen als Rückstände der Abnützung der beweglichen Teile auftreten, ferner OeI und anderes. Alle diese Verunreinigungen
werden gegen die poröse Scheidewand getrieben und von dieser nach und nach absorbiert, mit dem Ergebnis,
dass die kleinen Luftdurchgänge mit der Zeit verschlossen
werden und die Strömung zunehmend herabgesetzt wird. Man kann solche Scheidewände zwar reinigen, aber nach einem
gewissen Zeitpunkt muss man sie doch wegwerfen. In einigen Fällen, in denen die Scheidewand aus Filz, aus Zellulose
oder aus Stahlwolle besteht, wird sie durch den Gebrauch mit der Zeit deformiert, bricht oder franst aus,
bis die Notwendigkeit ihres Ersatzes oder sogar desjenigen des kompletten Schalldämpfers notwendig wird. Schliesslich
sind solche Scheidewände umso teurer, je besser ihre Qualität ist, was einen Einfluss auf die Kosten der
gesamten Anlage hat (zahlreich sind die Fälle, wo ihre Anwendung verlangt wird). Dieser Einfluss ist erheblich,
wird aber nur ungern toleriert, denn schliesslich handelt es sich immerhin nur um eine zweitrangige Einrichtung,
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wie nützlich sie auch sei.
Es ist bereits ein Geräuschdämpfer bekannt, der sich besonders für pneumatische Schaltkreise eignet und der
das Geräusch dämpft, das entsteht, wenn die Druckluft in einer kurzen Zeitspanne entweicht- Dieser Geräuschdämpfer
weist eine zylindrische äussere Hülle mit einem Eingang am einen Ende und einer inneren Trennwand auf.
Diese ist ebenfalls kreisförmig und erstreckt sich axial innerhalb der Hülle, von welcher sie einen Abstand aufweist;
dennoch ist diese Trennwand nicht vollständig rohrförmig, sondern erstreckt sich in Umfangsrichtung
über einen Bogenwinkel von weniger als 360 , sodass auf einer Seite eine längliche Oeffnung entsteht.
Der zylindrische Körper ist mit zahlreichen kleinen Oeffnungen versehen, welche sich direkt gegenüber der
Rückseite der Trennwand befinden und mit einer porösen Schicht wie Filz überzogen sind. Die einströmende Luft
wird daher gezwungen, einen kurvenreichen Weg zu befolgen (entlang welchen der Druck abbaut), bevor sie aus
der zylindrischen Hülle austritt. Dennoch weist auch dieser Geräuschdämpfer einige der schon erwähnten Nachteile
auf. Mit der im folgendem dargestellten Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und wenigstens
ihre Anzahl herabzusetzen.
Dies wird erfindungsgemäss mit einem Schalldämpfer erreicht,
welcher die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert; es zeigen
Fig. 1 und 2 Beispiele des Standes der Technik, Fig. 3 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemässen Geräuschdämpfers,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in
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Fig. 3, und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung
s form.
Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Geräuschdämpfer bekannter
Bauweise, die sich geringfügig voneinander unterscheiden. Jeder weist eine Hülle l·1 von im wesentlichen zylindrischer
Form auf, die am einen Ende mit einem Rohr 2' von kürzerer
Länge endet. Dieses kann gemass Fig. 2 ein Gewinde zum Anschluss des Geräuschdämpfer an ein nicht dargestelltes
Leitungsnetz oder an ein Auslassventil aufweisen. Im allgemeinen ist auch noch ein Abschnitt 2a' vorgesehen,
der dazu dient, mittels eines Gabelschlüssels den bereits aufgeschraubten Geräuschdämpfer fest anzuziehen. Auch
andere Lösungen können vorgesehen werden. Die Hülle 1' gemäss Fig. 1 besteht aus einem porösem Material wie
Bronze oder porösem Kunststoff, während in der Hülle nach Fig. 2 Oeffnungen 3' wenigstens über einen Teil ihrer
Länge angebracht sind. Diese Oeffnungen können über den ganzen Umfang oder wie schon erwähnt nur über einen Teil
desselben verteilt sein. Der Weg des Gases durch den Geräuschdämpfer ist mit Pfeilen in Fig. 2 angegeben.
Der in den Figuren 3-5 dargestellte erfxndungsgemasse
Schalldämpfer besteht im wesentlichen aus denselben Teilen. Auch er umfasst eine Hülle 1, vorzugsweise von
zylindrischer Form, ein Gewinderohr 2 und einen Abschnitt 2a zum Anziehen des Schalldämpfers mittels eines Gabelschlüssels.
Er könnte andererseits auch mit einer oder mehreren Oeffnungen 2b für einen Schraubenzieher versehen
sein. Die in der Hülle 1 angebrachten Oeffnungen können über den ganzen Umfang oder (wie in den Fig. 3 und 4
dargestellt) nur über einen Teil desselben verteilt sein. Im Inneren der Hülle befindet sich eine kreisförmige
Trennwand 4 von etwa gleicher Höhe wie die Hülle, deren Aufgabe darin besteht, die Luft auf einen längeren Weg
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zu bringen und sie dadurch expandieren zu lassen, bevor sie den Bereich für den Auslass in die Atmosphäre erreicht. Die
Trennwand kann auch weggelassen werden (wenn andere Umstände dies erforderlich machen), worauf dann die Oeffnungen 3
über den ganzen Umfang verteilt werden. Diese Trennwand erstreckt sich nicht über den ganzen Umfang; sie lässt auf
,diese Weise eine längliche Oeffnung frei, die besonders aus
Fig. 4 ersichtlich ist.
In das Innere dieser Hülle, wird nun eine gewisse Anzahl
von Teilchen 6 von geeigneter Form eingesetzt, die teilweise den für sie vorgesehenen Raum im Inneren der Hülle
ausfüllen. Ein Gitter 7 verhindert das Austreten der Teilchen durch den Lufteingang. Dieses Gitter 7 kann sich
auch am Grunde der Hülle 1 befinden oder erhöht angeordnet sein, wie dargestellt.
Wenn die Hülle nicht vollständig mit Teilchen angefüllt ist, bildet sich die Schicht von Teilchen, welche die
Oeffnungen zudeckt, bei jeder Ausströmung des Gases. Beim Ausbleiben der Abströmung und im Ruhezustand löst sich
aber diese Schicht auf, weil die Teilchen entweder vollständig oder mindestens teilweise herunter fallen. Das
Anhäufen der Teilchen vor den Oeffnungen 3 bewirkt eine Herabsetzung der Löcher, durch welche die Luft entweichen
kann.
Diese Teilchen 6 haben Formen, Abmessungen, ein Gewicht und eine Elastizität nach Bedarf. Die Eigenschaften werden
bereits bei der Projektierung festgelegt. Die Teilchen können unter sich vollständig gleich sein oder sich in
einzelnen oder in allen den genannten Eigenschaften voneinander unterscheiden. Wenn die Luft, welche entweichen
soll, in die Hülle 1 eintritt, werden die Teilchen von ihr aufgewirbelt und gegen die Oeffnungen der Hülle transportiert,
wobei sie diese mit zunehmender Anhäufung ab-
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decken. Weil in dieser üebergangsphase jedes Teilches in
diejenige Zone verbracht wird, durch welche in diesem Zeitpunkt die Luft mit maximaler Strömung entweicht, sind
alle Teilchen am Ende ihrer Bewegung gleichmässig entsprechend den Ausströmbedingungen in jenem Zeitpunkt verteilt.
Innerhalb gewisser Grenzen kann eine Aenderung von einer gewissen Grosse im Druck und in der Strömung vor diesen
Teilchen eine unterschiedliche Verteilung derselben bewirken. Aus dem vorhergehenden geht klar hervor, dass
für verschiedene Abmessungen dieser Teilchen grössere oder kleinere Abströmwege geschaffen werden. Diese Teilchen
können auch aus mehr oder weniger elastischem Material hergestellt sein, sodass verschiedene Ausströmbedingungen
geschaffen werden. Es lässt sich tatsächlich leicht zeigen, dass man bei Verwendung von Kügelchen von einer gewissen
Deformierbarkeit und elastischer Anpassung nicht nur eine beträchtliche Abnahme der Ausströmquerschnitte erreicht,
sondern auch eine Abhängigkeit derselben vom Einströmdruck. Daraus ergibt sich der in Vergleich zu den bisherigen
Scheidewänden grosse Vorteil von Ausgängen, die mit dem Druck und damit mit der Geräuschquelle variieren
können. Die Ausgänge können so klein wie notwendig sein, um den Geräuschpegel herabzusetzen, während sie sich
andererseits wieder öffnen, wenn wegen eines.geringeren Druckes die Strömung zunimmt, ohne dass deswegen die
festgesetzten Geräuschgrenzwerte überschritten werden. Es ergibt sich daraus eine verschiedene Ansprechbarkeit
des Geräuschdämpfers an die verschiedenen Bedingungen der einzelnen Bauteile, deren Geräusch gedämpft werden
muss. Aber auch auf demselben Bauteil hat man innerhalb gewisser bekannten Hysteresisgrenzen eine Ansprechbarkeit,
die mit den nicht konstanten Bedingungen beim Eintritt in den Schalldämpfer variiert.
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Eine Proportionalität zu diesen Einströmbedingungen oder eine variable Abhängigkeit von diesen kann auch dadurch
erhalten werden, dass man Teilchen, insbesondere Kügelchen, von verschiedener Masse miteinander mischt.
In einem solchen Fall bewegen sich zuerst die leichteren, gefolgt von den schwereren; es kann daher der Fall eintreten,
dass unter gewissen Strömungs- und Druckbedingungen nur ein Teil der Kügelchen sich bewegt, während in anderen
Fällen sämtliche Teilchen in Bewegung geraten, sodass man auf diese Weise eine Abhängigkeit von den Einströmbedingungen
erhält, die mit porösen Scheidewänden nie erreicht werden.
Beim Aufhören der Strömung bewegt sich ein Teil der Kügelchen oder sämtliche unter Wirkung der Schwerkraft auf eine
andere Verteilung hin, um bei neuerlichem Auftreten des Druckes wieder zurückzukehren, um die Ausgänge zu stopfen.
Ein anderere beachtlicher Vorteil dieser Lösung in bezug auf die bisher bekannten Massnahmen, liegt darin, dass
die Ausgänge praktisch kaum durch Verunreinigungen oder Fremdkörper verstopf twerden können. Es ist offensichtlich,
dass, während bei den Scheidewänden die Verunreinigungen die Möglichkeit haben, sich in den sehr kleinen Ausgängen
abzusetzen und diese zu verstopfen, dies bei der Lösung gemäss der vorliegenden Erfindung nicht auftreten kann,
da die Löcher, durch welche die Luft in die Atmosphäre entweicht, nicht fest sind, sondern sich bei jedem Druckzyklus
wieder neu bilden. Die Verunreinigungen finden daher keinen festen Hohlraum, in welchem sie sich absetzen
können; bestenfalls können sie sich an die Kügelchen anlagern und werden dann von Zeit zu Zeit ins Freie befördert.
Ausserdem ist es äusserst einfach, den Geräuschdämpfer
in einem fettlösenden Bad hin und her zu bewegen, um eine vollständige Reinigung der Teilchen zu erzielen.
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Schliesslich liegt ein anderer Vorteil der Erfindung in der starken Herabsetzung der Kosten, die durch diese
Lösung möglich wird. In den herkömmlichen Schalldämpfern mit poröser Scheidewand liegen die Hauptkosten in dieser
Scheidewand selber, welche in den meisten Fällen auch den strukturellen Teil des Schalldämpfers bildet. .Bei
der vorliegenden Erfindung wird sie durch eine kleine Menge von Teilchen ersetzt, die mit geringsten Kosten
überall im Handel erhältlich sind (sie werden in einer sehr grossen Anzahl von anderen Anwendungsfällen gebraucht),
sodass die Gesamtkosten dieses Geräuschdämpfers nur einen Bruchteil derjenigen eines herkömmlichen ausmachen.
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Claims (4)
1. Geräuschdämpfer für Auslassleitungen in pneumatischen Schaltkreisen, mit einer Hülle (1), die an ihrem Umfang
Oeffnungen (3) für das Auströmen des von einem Ende her in die Hülle einströmenden Gases aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) teilweise mit Teilchen (6) gefüllt ist, die vom ausströmenden
Gas gegen die Oeffnungen (3) bewegt werden, um dort eine Schicht zu bilden oder die Dicke einer bereits
auf diesen Oeffnungen lagernden Schicht zu vergrössern, wobei diese Schicht Löcher aufweist, deren Querschnitte
von den im Gas herrschenden Bedingungen sowie von den Abmessungen, der Form und den Eigenschaften des Materials
der Teilchen abhängt.
2. Geräuschdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilchen unter sich in Material, Form, Abmessung und Elastizität einander gleich sind.
3. Geräuschdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen eine Mischung von Stücken mit verschiedenen
Eigenschaften bilden.
4. Geräuschdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Oeffnungen (3)
nur auf einem Teil des Umfanges der Hülle (1) befinden,
und dass eine.zur Längsachse konzentrische Trennwand sich im allgemeinen unter demselben Bogenwinkel wie
dieser Teil erstreckt und eine längliche Oeffnung (5) für das Ausströmen des in der Hülle sich befindlichen
Gases freilässt.
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