DE3444924C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämmen und Dämpfen von sich in Hauptkanälen ausbreitenden Geräuschen mit Einzeltönen durch mindestens einen in einem Hauptkanal angeordneten Teilkanal, wodurch eine Dämpfung der Geräusche durch Reflexion, Interferenzerscheinungen und Absorption sowie ausbreitungsbehinderndes Aufteilen des Hauptkanals erfolgt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 29 20 278 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein aus senkrecht kreuzenden Filzplatten bestehender Gitterkörper offenbart, durch welchen der Querschnitt des Hauptkanals in insgesamt neun Teilkanäle von untereinander gleichen Querschnitten aufgeteilt wird. Eine Dämpfung soll sowohl durch Interferenzerscheinungen als auch durch Absorption als auch ausbreitungsbehinderndes Aufteilen erfolgen. Ferner darf bei dieser Vorrichtung auch eine Reflexion unterstellt werden, weil der Hauptkanal offenkundig schallharte Wände aufweist, so daß an diesen Wänden eine verstärkte und an den schallweichen Wänden des Gitterkörpers eine verminderte Reflexion auftritt. Diese vorbekannte Vorrichtung ist aufgrund ihrer schallweichen Teilkanäle mit dem Nachteil einer erheblichen Wandrauhigkeit, daher mit erhöhten Strömungsverlusten und mit einer Schalldämpfungsminderung infolge einer unvermeidlichen Verschmutzung durch das strömende Fluid behaftet. Aus diesem Grunde muß ein derartiger Schalldämpfer je nach Anwendungsfall häufiger gereinigt werden und bedarf in jedem Fall einer regelmäßigen Wartung.

Wie die Festlegung bzw. Arretierung der dort offenbarten Teilkanäle aus Filz erfolgen soll, ist nicht offenbart. Denn je nach Geschwindigkeit und Art des durch den Hauptkanal strömenden Fluids können diese Filzgitterkörper entweder verschoben oder gar aus der Hauptleitung "herausgeschossen" werden und neigen je nach der Dimensionierung der Teilkanäle sowie in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zum Flattern. Eine formschlüssige Arretierung der Filzgitter setzt wiederum schallharte Materialien voraus, wodurch die mit diesem Filzgitterkörper erstrebte Wirkung zumindestens teilweise zunichte gemacht wird, von höheren Strömungsverlusten aufgrund größerer Strömungswiderstände ganz zu schweigen.

Die physikalische Wirkungsweise von Schalldämpfern dieser und anderer - üblicher - Bauart besteht aus einer Kombination von mehreren Effekten: Reflexionen, Interferenzen und Resonanzen von Schallwellen sowie Absorption der Schallenergie in einem schallabsorbierenden Material.

Bei diesen Methoden der Schallminderung geht man stets von der Annahme aus, die Ausbreitung des Schalles in der Rohrleitung erfolge in Form von ebenen Wellen. Diese Annahme gilt jedoch nur für niedrige Frequenzen; denn bei höheren Frequenzen entstehen in der Rohrleitung Querresonanzen, die zu komplexen Schallfeldstrukturen führen.

Die erste Querresonanz einer solchen Schallfeldstruktur tritt bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit bereits bei einer Grenzfrequenz f auf, die für Rohre mit kreisförmigem Querschnitt durch das Produkt aus der Schallgeschwindigkeit c im Fluid in der Rohrleitung und einem spezifischen Faktor k = 0,585 dividiert durch den Rohrdurchmesser d, also

und für Rohre mit quadratischem Querschnitt durch das Produkt aus der Schallgeschwindigkeit c im Fluid in der Rohrleitung und einem spezifischen Faktor k = 0,5 dividiert durch eine Querschnittsseitenlänge der Rohrleitung a, also durch

bestimmt wird.

Diese Querresonanzen werden als akustische Moden bezeichnet, deren Schalldruckverteilungen bei kreisförmigen Querschnitten in radialer Richtung durch die Bessel- und die Neumann-Funktionen und in Umfangsrichtung durch Sinus- und Cosinus-Verläufe charakterisiert werden. Diese Moden breiten sich in einer Rohrleitung spiralförmig aus.

Zum Dämmen und Dämpfen von akustischen Moden ist außer der vorerörterten Methode mit einem in den Hauptkanal eingebrachten Gitterkörper die Anordnung von an der Rohrleitungswandung spiralförmig verlaufenden Blechen empfohlen worden. Diese Bleche erzeugen somit einen Drall, der die Ausbreitung von bestimmten Moden verhindert. Dieser Drall beeinträchtigt jedoch die Strömung in der Rohrleitung sowie den Betriebspunkt der Anlage, in der sich diese Drallanordnung befindet. Denn zum einen behindert diese Drallanordnung die Durchströmung von nachgeschalteten Rohrleitungsbauteilen und zum anderen erhöhen sich durch die Bleche, die als Störkörper für die Strömung zu betrachten sind, die Strömungsverluste. Außerdem entstehen durch diese Maßnahme zusätzliche Strömungsgeräusche, die unter Umständen den Geräuschpegel der Anlage gegenüber dem ursprünglichen Zustand anheben.

Das in der eingangs erörterten DE-OS 29 20 278 offenbarte Verfahren und die Vorrichtung zur Erzeugung eines Strömungsdralls betreffen ausschließlich den sogenannten Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz der betreffenden Querresonanz. Für den Frequenzbereich oberhalb der Grenzfrequenz oder für von dem Gegenstand der Druckschrift DE-OS 29 20 278 abweichende Querschnittsformen des Hauptkanals und/oder der Teilkanäle ist dieses vorbekannte Verfahren nicht geeignet (da die Teilkanäle dann nicht mehr ausbreitungsbehindernd wirken). Der Gegenstand der DE-OS 29 20 278 beschränkt sich auf rechteckige Querschnittsformen, da die Festlegung "halbe" Wellenlänge dem spezifischen Faktor K = 0,5 entspricht. Kreisringförmige Querschnitte sind nach diesem Verfahren ungeeignet, da stets schalldurchlässige Zwischenwände zweier benachbarter Kanäle vorausgesetzt werden, was bei kreisringförmigen Teilkanälen nicht möglich ist. Ferner werden dort stets zur Aufteilung des Hauptkanals mehrere Teilkanäle vorausgesetzt. Letztlich betrifft das Verfahren nach dieser Vorveröffentlichung lediglich eine breitbandige Dämpfung eines Schallfeldes im subresonanten Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz der ersten Querresonanz, ähnlich einem Tiefpaßfilter.

In einer weiteren Vorveröffentlichung gemäß der DE-PS 5 29 561 sind ausschließlich "akustisch stumpfe Baustoffe" offenbart, was die äquivalente Ausdrucksweise für schallweiche Wände ist. Zwar ist dort der akustisch stumpfe Baustoff nur vorzugsweise genannt, jedoch ist an keiner Stelle jemals auch nur andeutungsweise von einem anderen, beispielsweise einem schallharten Baustoff für die Teilkanäle die Rede. Das gleiche gilt auch für den Gegenstand des in dieser Druckschrift genannten Hauptpatentes 5 23 150, in welchem gleichfalls ausschließlich von akustisch stumpfen Baustoffen gesprochen wird. Damit ist eine derartige Vorrichtung allenfalls zum Dämpfen von Schallfeldstrukturen im subresonenten Frequenzbereich, ähnlich einem Absorptionsschalldämpfer, geeignet und hinsichtlich des schallweichen Werkstoffes mit den gleichen, bereits zur DE-OS 29 20 278 erläuterten Nachteilen behaftet.

Schließlich ist aus der DE-PS 8 03 452 eine gattungsfremde Vorrichtung bekannt geworden, die auf dem Prinzip eines Reflexionsschalldämpfers beruht und nur auf die Dämpfung von ebenen Wellen ausgerichtet ist. Die dort offenbarten Einbauten bestehen aus Rohren mit perforierten Wandungen, so daß die einzelnen schwingenden, akustischen Massen als Schluckresonatoren wirken. Der Schalldurchgang durch die perforierten, strömungsungünstigen Wandungen ist damit Voraussetzung für die Wirkungsweise dieses Dämpfers.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die mit geringem konstruktiven Aufwand bei möglichst geringer Beeinträchtigung der Strömung die Ausbreitung der Moden und damit die Schallfortpflanzung in Hauptkanälen herabsetzt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des eingangs genannten Gattungsbegriffes erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

• a) Jeder Teilkanal besteht aus schallharten Wänden.
• b) Jeder Teilkanal ist derart dimensioniert und im Hauptkanal angeordnet, daß das ursprüngliche Schallspektrum durch Schwingungen der Wände des Teilkanals und seiner Befestigung sowie durch Strömungsgeräusche allenfalls nur geringfügig erhöht wird.
• c) Die Querschnittsabmessungen (b) des Teilkanals sind mittels einer Modalanalyse im Verhältnis zur Größe der Schallgeschwindigkeit (c) im Fluid und zu einem spezifischen Faktor (k) derart gestaltet, daß die daraus resultierende Grenzfrequenz (f) der betreffenden Querresonanz im Teilkanal größer oder kleiner als die Frequenz (f₁) des zu dämpfenden Tones ist, wobei im ersteren Fall (Grenzfrequenz f f₁) die Länge (L) des Teilkanals mindestens das Fünffache der größten Teilkanal-Querschnittsbreite b ist und im zweiten Fall (Grenzfrequenz f f₁) die Länge (L) des Teilkanals in Abhängigkeit von dem Spiralwinkel der Modenanteile in den Teilkanälen derart bemessen ist, daß die aus den Teilkanälen austretenden Modenanteile Phasendifferenzen zueinander aufweisen.

Dabei versteht man gemäß dem Teilmerkmal a) unter schallharten Wänden solche Wände aus Metall oder Kunststoff, bei denen der Anteil der reflektierten Schallenergie gegenüber der nicht reflektierten Schallenergie groß ist. Die Aufhängung bzw. Befestigung der Teilkanäle erfolgt im Hauptkanal derart fest und stabil, daß Eigenschwingungen und damit verbundene Geräusche der Teilkanäle so gut wie ausgeschlossen sind. Damit wird eine möglichst geringe Beeinträchtigung der Strömung sichergestellt und ein nahezu wartungsfreier Teilkanal gewährleistet, da schallharte Wände keine Wartung erfordern.

Durch das Merkmal b) in Verbindung mit dem Merkmal a) wird die Festigkeit und damit die Wanddicke sowohl der Teilkanäle als auch ihrer Befestigungselemente im Hinblick auf die zu lösende Aufgabe (möglichst geringer konstruktiver Aufwand bei möglichst geringer Beeinträchtigung der Strömung) erfindungsgemäß derart bestimmt bzw. dimensioniert, daß das ursprüngliche Schallspektrum durch die Schwingungen der Wände des Teilkanals und seiner Befestigung sowie durch Strömungsgeräusche allenfalls nur geringfügig erhöht wird.

Bezüglich ihrer Funktion sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Vorrichtungen zu unterscheiden, und zwar je nachdem, ob der Teilkanal für einen sogenannten sub- oder superresonanten Frequenzbereich der betreffenden Querresonanz ausgelegt ist. Hierauf ist das Teilmerkmal c) gerichtet. Denn bei Eintritt einer in ihrer Intensität zu verringernden Mode in einen Teilkanal wird ein Teil der Schallenergie reflektiert, während sich der Rest auf die einzelnen Teilkanäle aufteilt und sich in diesen ausbreitet. Dies geschieht je nach Verhältnis der tatsächlichen Frequenz der Mode zur Grenzfrequenz derselben Mode in den Teilkanälen nach verschiedenen physikalischen Vorgängen. Oberhalb ihrer Grenzfrequenz kann sich die betrachtete Mode nahezu ungehindert ausbreiten; unterhalb dieser Grenzfrequenz wird sie exponentiell in Ausbreitungsrichtung gedämpft. Während die tatsächliche Frequenz der Mode durch die Schallwelle bestimmt ist, ergibt sich die Grenzfrequenz durch die Kanalabmessungen, die Schallgeschwindigkeit (c) im Fluid und die Modenordnung. In den Gleichungen 1 und 2 sind die Grenzfrequenzen (f) für die erste Querresonanz (Mode) in Rohrleitungen mit kreisförmigem und quadratischem Querschnitt angegeben. Bei Querresonanzen mit höherer Modenordnung sind die spezifischen Faktoren (k) und damit die Grenzfrequenzen größer, das heißt, solche Moden sind erst bei höheren Frequenzen ausbreitungsfähig. Die Zahlenwerte der spezifischen Faktoren (k) sind gemäß dem Stand der Technik aus der Fachliteratur der Akustik zu entnehmen.

Ist die tatsächliche Frequenz der Mode bei Eintritt in den Hauptkanal kleiner als die Grenzfrequenz derselben Mode in den Teilkanälen - dort sind die Grenzfrequenzen wegen der kleineren Durchmesser der Innenrohre größer als in der Hauptleitung -, so wird die Ausbreitung der Mode und damit die Übertragung der Schallenergie innerhalb der Kanäle behindert. Diese Mode ist also in den Teilkanälen nicht ausbreitungsfähig. Dieser Fall wird als "subresonanter Frequenzbereich" bezeichnet. Für diesen Fall sind gemäß dem Merkmal c) die Abmessungen des Querschnittes des Teilkanals im Verhältnis zur Größe der Schallgeschwindigkeit im Fluid und zu einem spezifischen Faktor (k) derart gestaltet, daß die daraus resultierende Grenzfrequenz (f) der betreffenden Querresonanz im Teilkanal größer als die Frequenz des zu dämpfenden Tones ist, wobei die Länge des Teilkanals mindestens das Fünffache der größten Teilkanal-Querschnittsbreite ist. Durch eine derartige Anordnung eines Teilkanals kann sich die Mode aufgrund der geometrischen Abmessung des oder der Teilkanäle nicht ausbreiten, so daß man diese Art der Schallminderung als ausbreitungsbehinderndes Aufteilen des Hauptkanals bezeichnen darf.

Ist hingegen die Frequenz der Mode größer als die Grenzfrequenz der Mode in den Teilkanälen, so kann sich diese Mode dort ausbreiten. Dieser Fall wird als "superresonanter Frequenzbereich" bezeichnet. In diesem Fall wird also die Schallenergie nahezu verlustfrei in den Teilkanälen weitergeleitet. Um die Moden bei ihrem Austritt aus den Teilkanälen in diesem superresonanten Frequenzbereich gleichfalls zu vermindern, werden nach der zweiten Fallgestaltung des Merkmals c) die Abmessungen des Querschnittes des Teilkanals im Verhältnis zur Größe der Schallgeschwindigkeit (c) im Fluid und zu einem spezifischen Faktor (k) derart ausgelegt, daß die daraus resultierende Grenzfrequenz der betreffenden Querresonanz im Teilkanal kleiner als die Frequenz des zu dämpfenden Tones ist, wobei die Länge des Teilkanals in Abhängigkeit von dem Spiralwinkel der Modenanteile in den Teilkanälen derart bemessen wird, daß die aus den Teilkanälen austretenden Modenanteile Phasendifferenzen zueinander aufweisen. Durch diese Anordnung treten in den einzelnen Teilkanälen zwei Effekte auf, welche die Schallenergie dämmen und dämpfen und somit eine Schallpegelminderung bewirken. Es handelt sich zum einen um Reflexionen an den Ein- und Austrittsebenen der einzelnen Kanäle und zum anderen um Interferenzen zwischen den mit unterschiedlichen Phasen aus den Teilkanälen austretenden Modenanteilen.

Diese Phasenunterschiede kommen dadurch zustande, daß sich die Modenanteile in den Kanälen als Moden und somit spiralförmig ausbreiten, wobei die Spiralwinkel jeder Mode hauptsächlich vom Verhältnis der Grenzfrequenz zur tatsächlichen Frequenz abhängt.

Die Längen der Teilkanäle werden in diesem Fall folgendermaßen ausgelegt:

Man berechnet zunächst anhand der geometrischen Daten des Hauptkanals und der Durchmesser der Teilkanäle sowie anhand der tatsächlichen Frequenz die Spiralwinkel der Modenanteile in den einzelnen Teilkanälen. Dann werden die Längen der einzelnen Teilkanäle so gewählt, daß die aus ihnen austretenden Modenanteile gegeneinander eine Phasendifferenz von möglichst 180° aufweisen. Dadurch entstehen zwischen den Modenanteilen Interferenzen, die zu ihrer Auslöschung und damit zur Verringerung der Schallenergie führen. Selbst bei einer geringfügig von 180° abweichenden Phasenverschiebung erfolgt eine erhebliche Verringerung der Schallenergie.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar und werden nachfolgend anhand der Zeichnungen in Form mehrerer unterschiedlicher Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Ansicht durch einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt und einem darin konzentrisch angeordneten Teilkanal,

Fig. 2 einen Hauptkanal mit rechteckigem Querschnitt und einem darin konzentrisch angeordneten Teilkanal mit geometrisch ähnlicher Querschnittsform,

Fig. 3 die Schnittansicht entlang der Linie III/III von Fig. 2 mit Richtungspfeilen der Schallausbreitungsrichtung,

Fig. 4 einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt und einem darin exzentrisch angeordneten Teilkanal mit gleichfalls kreisrundem Querschnitt,

Fig. 5 die Querschnittsansicht durch einen Hauptkanal mit rechteckigem Querschnitt und einem darin exzentrisch angeordneten Teilkanal mit geometrisch ähnlichem Querschnitt,

Fig. 6 die Schnittansicht entlang der Linie VI/VI von Fig. 5 mit Richtungspfeilen der Schallausbreitungsrichtung,

Fig. 7 einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt und mehreren darin konzentrisch angeordneten Teilkanälen mit gleichfalls kreisrundem Querschnitt,

Fig. 8 die Querschnittsansicht durch einen Hauptkanal mit rechteckigem Querschnitt und mehreren darin konzentrisch angeordneten Teilkanälen mit geometrisch ähnlichen Querschnitten,

Fig. 9 die Schnittansicht entlang der Linie IX/IX von Fig. 8 mit angedeuteten Richtungspfeilen der Schallausbreitungsrichtung und unterschiedlicher Länge der Teilkanäle,

Fig. 10 die Ansicht durch einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt, einem darin konzentrisch angeordneten Teilkanal mit gleichfalls kreisrundem Querschnitt und mehreren darin exzentrisch, radial symmetrisch angeordneten Teilkanälen mit gleichfalls kreisrundem Querschnitt,

Fig. 11 die Querschnittsansicht eines Hauptkanals mit rechteckigem Querschnitt und einem darin konzentrisch angeordneten Teilkanal mit geometrisch ähnlichem Querschnitt und acht gleichfalls im Hauptkanal exzentrisch angeordneten Teilkanälen mit gleichfalls geometrisch ähnlichem Querschnitt gleicher Querschnittsgröße,

Fig. 12 die Schnittansicht entlang der Linie XII/XII von Fig. 11 mit Richtungspfeilen der Schallausbreitungsrichtung und zueinander fluchtender Schalleintrittsseite der Teilkanäle mit unterschiedlicher Länge,

Fig. 13 einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt und einer Vielfalt darin angeordneter Teilkanäle mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 14 einen Hauptkanal mit rechteckigem Querschnitt und einer Vielzahl darin angeordneter Teilkanäle mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 15 eine Schnittansicht entsprechend der Linie XII/XII von Fig. 11 in Verbindung mit Fig. 12 mit Richtungspfeilen der Schallausbreitungsrichtung mit zueinander fluchtender Schalleintrittsseite der Teilkanäle, jedoch mit unterschiedlicher Gruppenlänge einzelner Teilkanäle mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 16 eine Querschnittsansicht durch einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt und einem darin konzentrisch angeordneten Teilkanal sowie mit mehreren zwischen Hauptkanal und Teilkanal angeordneten weiteren Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 17 die Querschnittsansicht durch einen Hauptkanal mit rechteckigem Querschnitt, einem darin konzentrisch angeordneten Teilkanal mit geometrisch ähnlichem Querschnitt und mit einer Vielzahl zwischen Hauptkanal und Teilkanal angeordneten weiteren Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 18 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII/XVIII von Fig. 17 mit Richtungspfeilen der Schallausbreitungsrichtung,

Fig. 19 die Querschnittsansicht durch einen Hauptkanal mit kreisrundem Querschnitt und einem darin exzentrisch angeordnetem Teilkanal mit gleichfalls kreisrundem Querschnitt, in dem mehrere Teilkanäle mit sechseckigem Querschnitt angeordnet sind,

Fig. 20 eine Querschnittsansicht durch einen Hauptkanal mit rechteckigem Querschnitt und einem darin exzentrisch angeordneten Teilkanal mit geometrisch ähnlichem Querschnitt, in dem mehrere Teilkanäle mit sechseckigem Querschnitt angeordnet sind,

Fig. 21 eine Schnittansicht entlang der Linie XXI/XXI von Fig. 20,

Fig. 22 eine der Fig. 7 entsprechende Ansicht mit mehreren im Hauptkanal und zwischen zwei Teilkanälen angeordneten weiteren Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 23 eine der Fig. 8 entsprechende Ansicht mit mehreren zwischen Hauptkanal und den Teilkanälen angeordneten weiteren Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 24 eine Schnittansicht entlang der Linie XXIV/XXIV von Fig. 23,

Fig. 25 eine der Fig. 10 entsprechende Ansicht mit weiteren in den kreisrunden Teilkanälen angeordneten Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 26 eine der Fig. 11 entsprechende Ansicht mit mehreren, weiteren in den rechteckigen Teilkanälen angeordneten Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 27 eine Schnittansicht entlang der Linie XXVII/XXVII von Fig. 26,

Fig. 28 die Ansicht in Richtung des Pfeiles XXVIII von Fig. 29 auf einen diffusorartig ausgebildeten Modenschalldämpfer mit einem konzentrisch angeordneten gleichfalls diffusorartig ausgebildeten Teilkanal,

Fig. 29 eine Schnittansicht entlang der Linie XXIX/XXIX von Fig. 28,

Fig. 30 eine Ansicht entlang der Linie XXX/XXX von Fig. 31 mit mehreren zwischen dem Hauptkanal und der Außenwandung des Teilkanals angeordneten weiteren Teilkanälen mit sechseckigem Querschnitt,

Fig. 31 eine Schnittansicht entlang der Linie XXXI/XXXI von Fig. 30,

Fig. 32 einen Teillängsschnitt durch einen Hauptkanal mit mehreren darin angeordneten Teilkanälen, deren Schalleintrittsenden und deren Schallaustrittsenden zueinander gestaffelt sind,

Fig. 33 einen Teillängsschnitt durch einen Hauptkanal mit mehreren darin angeordneten Teilkanälen, deren Schalleintrittsenden und deren Schallaustrittsenden bei einigen Teilkanälen zueinander fluchten, sich hingegen bei anderen Teilkanälen davon unterscheiden,

Fig. 34 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal mit darin konzentrisch angeordnetem Teilkanal, wobei hinter dem Schallaustrittsende des Teilkanals der Hauptkanal mit schallweichen Teilwänden versehen ist,

Fig. 35 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal mit durchgehend schallweichen Wänden, und

Fig. 36 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, bestehend aus einer Außenwand und einer Innenwand, von denen letztere mit radialen Öffnungen versehen und somit als Tiefpaß-Filter ausgebildet ist.

In den Figuren sind der jeweilige Hauptkanal mit der Bezugsziffer 1, der oder die Teilkanäle mit der Bezugsziffer 2 und soweit letztere mit einem sechseckigen Querschnitt versehen sind, mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet.

Die Symmetrie-Längsachse des Hauptkanals 1 weist die Bezugsziffer 4 und die Symmetrie-Längsachse der Teilkanäle die Bezugsziffer 7 auf. Die Wände des Hauptkanals 1 sind mit 5 und die Wände der Teilkanäle 2 mit der Bezugsziffer 6 und die Wände der Teilkanäle 3 mit der Bezugsziffer 8 versehen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wurden die Querschnittsbreite eines Teilkanals 2 mit dem Buchstaben b und wie aus den Fig. 3 und 6 ersichtlich ist, wurde die Länge eines Teilkanals 2 mit dem Buchstaben L bezeichnet.

In den Fig. 1 bis 27 sind die Wände 6, 8 der Teilkanäle 2, 3 und die Wände des Hauptkanals 1 sowohl zueinander als auch zur Symmetrie-Längsachse 4 des Hauptkanals 1 parallel angeordnet.

Hingegen sind in den Fig. 28 bis 31 die Wände 6, 8 der Teilkanäle 2, 3 zwar zueinander und zu den Wänden 5 des Hauptkanals 1 parallel, nicht jedoch parallel zu der Symmetrie-Längsachse 4 des Hauptkanals 1 und den Symmetrie-Längsachsen 7 der Teilkanäle 2, 3 angeordnet. Im dargestellten Fall der letztgenannten Figuren sind sowohl der Hauptkanal 1 als auch die Teilkanäle 2, 3 diffusorartig ausgebildet.

Wie insbesondere aus den Fig. 9, 12, 32 und 33 zu entnehmen ist, wurden die Stirnenden der Teilkanäle 2, 3 am Schalleintritt mit der Bezugsziffer 9 und am Schallaustritt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. In den Fig. 18 und 21 fluchten die Stirnenden der Teilkanäle am Schalleintritt 9 und am Schallaustritt 10 zueinander. In den Ausführungsformen der Fig. 9, 12, 15, 24 und 27 fluchten zwar die Stirnenden 9 am Schalleintritt, wohingegen die Stirnenden 10 am Schallaustritt unterschiedlich lang oder im Fall der Ausführungsform der Fig. 32 sowohl am Schalleintritt als auch am Schallaustritt zueinander gestaffelt sind.

Denn grundsätzlich können die Teilkanäle 2, 3 je nach Art der zu dämpfenden Mode mit unterschiedlichen Querschnittsformen, z. B. mit einer Kreis-, einer Quadrat- oder einer Sechseckform, und auch mit unterschiedlichen Längen L im Hauptkanal 1 angeordnet sein.

In den Ausführungsformen der Fig. 34 und 35 ist der Hauptkanal 1 ganz oder teilweise mit schallweichen Materialien 11, z. B. mit kaschierten Mineralfaserstoffen, versehen und somit als Absorptions-Schalldämpfer ausgebildet. Im Innenraum des Hauptkanals 1 befindet sich ein Teilkanal 2 mit schallharten Wänden 6, so daß bei dieser Art der Vorrichtung sowohl eine Schalldämpfung durch Reflexionen, Interferenz und ausbreitungsbehinderndes Aufteilen als auch durch Absorption möglich ist.

In Fig. 36 ist der Hauptkanal 1 ganz oder teilweise mit einer Innenwand 12 und einer Außenwand 13 sowie mit radialen Durchlässen 14 in der Innenwand 12 versehen und somit als Tiefpaß-Filter ausgebildet.

Speziell die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 27 eignen sich insbesondere sowohl für eine Dämpfung durch ausbreitungsbehinderndes Aufteilen im subresonanten Bereich als auch zu einer Dämpfung von Einzeltönen durch Reflexionen und Interferenzerscheinungen im superresonanten Bereich. Welche der beiden im Grundsatz verschiedenen Schalldämpfungsarten für den jeweiligen Anwendungsfall in Frage kommt, hängt zunächst von der Frequenz f₁ der zu dämpfenden Mode ab. Falls diese Frequenz der zu dämpfenden Mode kleiner ist als die Grenzfrequenz f der Mode, so kommt als Schalldämpfungsmethode ein ausbreitungshinderndes Aufteilen durch entsprechenden Einbau von Teilkanälen 2, 3 im Hauptkanal 1 in Betracht.

Ist hingegen die Frequenz f₁ der zu dämpfenden Mode größer als die Grenzfrequenz f der Mode, so liegt ein superresonanter Fall vor, für den eine Schalldämpfungsmethode durch Reflexion und Interferenzerscheinungen durch entsprechenden Einbau von Teilkanälen 2, 3 vorgesehen werden sollte. Dabei sind die Querschnittsabmessungen b und die Längen L der Teilkanäle 2, 3 derart zu bemessen, daß an den Stirnenden 10 am Schallaustritt die aufgeteilten Wellenanteile zu dem austretenden Anteil eines benachbarten Teilkanals 2, 3 eine Phasendifferenz von ca. 180° aufweisen.

Als dritte Möglichkeit besteht gemäß den Ausführungsformen 34 und 35 eine Kombination einer Schalldämpfung der vorerörterten Art mit einer Schalldämpfung durch Absorption, indem der Hauptkanal 1 mit einer schallweichen Wand aus kaschierten Mineralfaserstoffen 11 versehen wird.

Als vierte Möglichkeit ist gemäß Fig. 36 vorgesehen, die Methode des schallausbreitungsbehindernden Aufteilens und/oder der Schalldämpfung durch Reflexion und Interferenzerscheinungen mit den bekannten Eigenschaften eines Tiefpaß-Filters zu kombinieren. Dabei versteht es sich, daß auch die Ausführungsformen der Fig. 34 und 35 mit der Ausführungsform der Fig. 36 kombiniert werden kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Dämmen und Dämpfen von sich in Hauptkanälen ausbreitenden Geräuschen mit Einzeltönen durch mindestens einen in einem Hauptkanal angeordneten Teilkanal, wodurch eine Dämpfung der Geräusche durch Reflexion, Interferenzerscheinungen und Absorption sowie ausbreitungsbehinderndes Aufteilen des Hauptkanals erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Jeder Teilkanal (2, 3) besteht aus schallharten Wänden,
• b) jeder Teilkanal (2, 3) ist derart dimensioniert und im Hauptkanal (1) angeordnet, daß das ursprüngliche Schallspektrum durch Schwingungen der Wände (6, 8) des Teilkanals (2, 3) und seiner Befestigung sowie durch Strömungsgeräusche allenfalls nur geringfügig erhöht wird,
• c) die Querschnittsabmessungen (b) des Teilkanals (2, 3) sind mittels einer Modalanalyse im Verhältnis zur Größe der Schallgeschwindigkeit (c) im Fluid und zu einem spezifischen Faktor (k) derart gestaltet, daß die daraus resultierende Grenzfrequenz (f) der betreffenden Querresonanz im Teilkanal (2, 3) größer oder kleiner als die Frequenz (f₁) des zu dämpfenden Tones ist, wobei im ersteren Fall (Grenzfrequenz f < f₁) die Länge (L) des Teilkanals (2, 3) mindestens das Fünffache der größten Teilkanal-Querschnittsbreite (b) ist und im zweiten Fall (Grenzfrequenz f < f₁) die Länge (L) des Teilkanals (2, 3) in Abhängigkeit von dem Spiralwinkel der Modenanteile in den Teilkanälen (2, 3) derart bemessen ist, daß die aus den Teilkanälen (2, 3) austretenden Modenanteile Phasendifferenzen zueinander aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenzen ca. 180° betragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (2, 3) aus glatten Rohren mit einem kreisförmigen oder vieleckigen Querschnitt bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (6, 8) der Teilkanäle (2, 3) zwar zueinander und zu den Wänden (5) des Hauptkanals (1) parallel, nicht jedoch parallel zu den Symmetrie- Längsachsen (4, 7) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (2, 3) im Hauptkanal (1) konzentrisch angebracht sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (2, 3) im Hauptkanal (1) exzentrisch befestigt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (2, 3) zum einen Teil konzentrisch und zum anderen Teil exzentrisch im Hauptkanal (1) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (2, 3) mit der Querschnittsform eines Sechseckes im Hauptkanal (1) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkanal (1) ganz oder teilweise mit schallweichen Materialien (11), z. B. mit kaschierten Mineralfaserstoffen, in an sich bekannter Weise als Absorptions-Schalldämpfer ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkanal (1) ganz oder teilweise mit einer Innen- (12) und einer Außenwand (13) sowie mit radialen Durchlässen (14) in der Innenwand (12) versehen und als Tiefpaß-Filter ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Gleichstrom und/oder im Gegenstrom des Fluids zur Schallausbreitungsrichtung angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie im ruhenden Zustand des Fluids gegenüber der Schallausbreitungsrichtung einsetzbar ist.