DE3608804A1 - Kanalschalldaempfer mit beweglichen schallabsorbierenden waenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kanalschalldämpfer mit schallab­ sorbierenden Kanalwänden. Derartige Kanalschalldämpfer werden für gasförmige, strömende Medien verwendet, um in erster Linie die bei der Erzeugung der Gasströmung in dem Ventilator oder der Turbine aber auch in dem Leitkanal für das strömende Medium entstehenden Geräusche nach Möglichkeit überhaupt nicht mit dem strömenden Gas in den freien Raum gelangen zu lassen.

Das Prinzip derartiger Kanalschalldämpfer ist allgemein bekannt. Die mit einer Drosselung des Gasstromes ohne Beeinträchtigung der Schalldämpferwirkung verbundenen Probleme sind bereits aus­ führlich beschrieben in der deutschen Patentanmeldung Aktz. P 35 45 212.9.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei Kanalschall­ dämpfern der eingangs beschriebenen Art eine Drosselung des Gas­ stromes ohne wesentliche Beeinflussung der Schalldämpfungswir­ kung zu ermöglichen. Der Grundgedanke zur Lösung dieser Aufgabe besteht darin, den Querschnitt des Schalldämpferkanals selber zu verändern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine oder mehrere Kanalwände oder Wandteile im Sinne einer Verän­ derung des dem durchströmenden Gas zur Verfügung stehenden Kanal­ querschnittes veränderbar sind. Zwar wird in bekannter Weise bei abnehmenden Kanalquerschnitt das zusätzlich entstehende so­ genannte Drosselgeräusch zunehmen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht jedoch darin, daß die Wirkung der Schall­ dämpfung mit abnehmendem Kanalquerschnitt ebenfalls zunimmt, so daß die Geräuscherhöhung kompensiert wird.

Die Erfindung ist bevorzugt für geradlinige Kanalschalldämpfer anwendbar, kann jedoch auch bei gekrümmten Kanalschalldämpfern angewendet werden, insbesondere solchen mit großem Krümmungs­ radius.

Die Veränderbarkeit einer oder mehrerer Kanalwände oder Wand­ teile kann auf besonders vorteilhafte Weise so ausgeführt werden, daß die Veränderung des Kanalquerschnittes im Längsschnitt konti­ nuierlich erfolgt, um die an Unstetigkeitsstellen entstehende zusätzliche Turbulenz und damit die dabei entstehenden zusätz­ lichen Schallschwingungen zu vermeiden.

Weitere Mittel zur Vermeidung der Erzeugung zusätzlicher Schall­ frequenzen im Bereich der Veränderung des Kanalquerschnittes sind in den Patentansprüchen 3 bis 7 beschrieben. Dabei kommt den Merkmalen des Anspruches 7 eine besondere Bedeutung zu, weil hierbei die Intensität der zusätzlich entstehenden Schallfre­ quenzen besonders niedrig ist. Zwar sind Venturi-Strömungen in Kanalschalldämpfern bereits verwendet worden, jedoch wurden in den bekannten Fällen die Kanalschalldämpfer für Verbrennungs­ kraftmaschinen angewendet und die Venturi-Düsen hatten die Auf­ gabe, zusätzliche Kaltluft dem durchströmenden Gas hinzuzufügen, um eine übermäßige Erhitzung der Außenwände zu vermeiden.

Die Veränderbarkeit einer oder mehrerer Kanalwände oder Wandteile im Sinne einer Veränderung des dem durchströmenden Gas zur Ver­ fügung stehenden Kanalquerschnittes kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Falls es möglich ist, schallabsorbierende Wände elastisch auszubilden, kann die Veränderung durch von außen auf die Kanalwände einwirkende mechanische, pneumatische oder hydraulische Kräfte hervorgerufen werden. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist es jedoch, insbesondere zur Erzielung sta­ biler Drosseleinstellungen, empfehlenswert, starre Kanalwände zu verwenden und dem Kanalschalldämpfer in an sich bekannter Weise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt zu geben. In diesem Fall können eine oder mehrere Kanalwände oder Wandteile verstellbar angeordnet sein, beispielsweise entsprechend verschieb­ bar. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die verstellbar angeordneten Wände oder Wandteile schwenkbar gelagert sind. In diesem Falle können die schwenkbar gelagerten Wände oder Wand­ teile vorzugsweise mittels Scharnieren am Kanalgehäuse befestigt und mittels einer aus dem Kanalgehäuse herausragenden Einstell­ vorrichtung bewegbar sein.

Unabhängig davon, auf welche Weise die Wände oder Wandteile am Kanalgehäuse schwenkbar gelagert sind, ist eine Veränderbarkeit des dem durchströmenden Gas zur Verfügung stehenden Kanalquer­ schnittes besonders einfach zu erreichen, wenn diese Wände am Austrittsende des Kanalgehäuses schwenkbar gelagert sind. Um hierbei die beim Auftreffen des Gases auf die freien Enden der Wände zusätzlich entstehenden Turbulenzen und damit zusammen­ hängenden Schallfrequenzen möglichst weitgehend zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die freien Enden der verstellbar gelagerten Wände oder Wandteile strömungstechnisch günstig abzurunden. Dies gilt aber nicht nur für die Fälle, in denen das strömende Medium auf einen verengten Kanalquerschnitt trifft, sondern auch für diejenigen Fälle, in denen das strömende Medium aus einem ver­ engten Kanalquerschnitt in einen sich plötzlich erweiternden Kanalquerschnitt eintritt.

Die Erfindung ist nicht nur dadurch realisierbar, daß die schall­ absorbierenden Kanalwände oder Wandteile am Eintritts- oder Aus­ trittsende des Schalldämpfungskanals schwenkbar gelagert sind. In manchen Fällen, beispielsweise zur Berücksichtigung besonderer Strömungsgeschwindigkeiten oder Druckabfälle innerhalb des Kanals, können auch mehrere in Strömungsrichtung hintereinanderliegende Wandteile derart gelenkig miteinander verbunden sein, daß die Querschnittsänderung durch Veränderung des von benachbarten Wand­ teilen gebildeten Winkels erreichbar ist.

Für die praktische Ausgestaltung dieser Idee kann es vorteilhaft sein, wenigstens eines der verstellbar gelagerten Wandteile mit einem knieförmig ausgebildeten Kreisbogensegment zu versehen, welches in das angrenzende Ende des benachbarten Wandteiles hinein­ ragt. Auf diese Weise werden starke Drosselgeräusche mit hervor­ tretenden Einzeltönen besonders stark gedämpft bzw. vollständig vermieden.

Falls eine Drosselung bis zur Strömung Null erzielt werden muß, ist eine luftdichte Abschottung an der Engstelle erforderlich, damit ein Ausweichen des gedrosselten Luftstromes über Neben­ wege, beispielsweise Hohlräume im schallabsorbierenden Material der Kanalwände, nicht möglich ist. Um dies sicherzustellen, können gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal in das Kreisbogen­ segment und/oder die benachbarten Wandteile quer zur Luftdurch­ gangsrichtung ausgerichtete Trennwände eingefügt sein. Bilden diese Trennwände mit den ihnen zugeordneten Kanalwänden im Strö­ mungsbereich einen rechten Winkel, so können sich hieraus beson­ ders gute Dichtungs- und Absorptionsverhältnisse ergeben. Anderer­ seits kann es jedoch auch möglich sein, die Trennwände in einem anderen Winkel quer zur Luftdurchgangsrichtung einzufügen.

Schließlich sei auch noch darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft sein kann, an der Stelle geringsten Kanalquerschnittes ein anderes schallabsorbierendes Material anzuordnen als in den übrigen Be­ reichen des Kanales, da in diesem Bereich in Folge der besonders starken Änderung der Strömungsgeschwindigkeit erheblich verän­ derte Schallfrequenzen entstehen können, das Frequenzspektrum also von demjenigen der anderen Kanalbereiche abweicht.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1a und b einen Kanalschalldämpfer mit recht­ eckigem Querschnitt im Längsschnitt und in der Draufsicht;

Fig. 2a und b denselben Kanalschalldämpfer in einer Drosselstellung ebenfalls im Längsschnitt und in Draufsicht;

Fig. 3a und b einen anderen Kanalschalldämpfer mit rechteckigem Querschnitt, bei dem nur eine Wand schwenkbar gelagert ist, ebenfalls im Längs­ schnitt und in Draufsicht;

Fig. 4 eine besonders vorteilhafte Aus­ führungsform für eine Einstellvor­ richtung zur Verstellung der schwenkbar gelagerten Wände;

Fig. 5a und b wiederum in Schnitt und Draufsicht eine andere Ausführungsform eines Kanalschalldämpfers mit rechtecki­ gem Querschnitt;

Fig. 6a und b denselben Kanalschalldämpfer in Längsschnitt und Draufsicht in teilweise gedrosselter Stellung;

Fig. 7a und b denselben Kanalschalldämpfer nach Fig. 5a und b in Längs­ schnitt und Draufsicht, jedoch in vollständig geschlossener Stellung;

Fig. 8 eine Ausbildung der Knickstelle zweier benachbarter Wandteile bei einem Kanalschalldämpfer gemäß Fig. 5a.

Man erkennt in Fig. 1a das Kanalgehäuse 1 des Kanalschalldämpfers, welches luftdicht ausgebildet ist. In diesem Schalldämpferge­ häuse 1 sind zwei schallabsorbierende Wände 3 angeordnet, welche auch als "Kulissen" bezeichnet werden. Mittels einer aus dem Kanalgehäuse herausragenden Einstellvorrichtung 4 können diese Wände so aufeinanderzu bewegt werden, daß zwischen ihnen eine einstellbare Querschnittsverminderung an der Stelle 6 entsteht. Diese Querschnittsverminderung zwingt das durch­ fließende Medium zu einem mehr oder minder starken Geschwindig­ keitswechsel, dessen innere Umsetzungsverluste zur Drosselung benutzt werden.

Der Kanalschalldämpfer gemäß Fig. 2a wird vom durchströmenden Gas in Richtung der eingezeichneten Pfeile durchströmt, d.h. der Eintritt befindet sich bei 2a und der Austritt bei 2b. Zur Veränderung des Kanalquerschnittes sind die Wände 3 am Austrittsende 2 b des Kanalgehäuses 1 schwenkbar gelagert und zwar in diesem Falle mittels Scharniere 8. In diesem Falle sind beide Seitenwände schwenkbar gelagert. Die freien Enden 5 der verstellbar gelagerten Wände 3 sind strömungs­ technisch günstig abgerundet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3a ist nur eine Seiten­ wand schwenkbar gelagert und im teilweise verschwenkten Zustand gezeichnet.

Wie in den vorbeschriebenen Fig. 1a bis 3a zu erkennen, sind die Wände 3 wie ein Pendel aufgehängt. Die Verstellung kann gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 von außen über eine Verstell­ welle 9 erfolgen, welche über den Drehhebel 1 D auf den Schub­ hebel 12 mittels der Bolzen 11 und 13 einwirkt und so mittels des Gelenkstückes 14 das stark abgerundete Einströmprofil 15 bewegt, welches fest mit der Wand 3 verbunden ist.

Bei extrem breiten Kanalwänden können auf einer Verstellwelle 9 auch mehrere Verstellhebel parallel arbeitend angeordnet sein. Die ausgeschwenkte Stellung ist strichpunktiert dargestellt. Um Nebenluft zu vermeiden, ist eine besondere Dichtung 15 a vor­ gesehen, welche sich auch bei der Verschwenkung des Einströmpro­ fils 15 stets an den abschließenden Wandteil 1 a der Kanalwandung 1 anschließt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5a ist eine verstellbare schallabsorbierende Wand in mehrere Wandteile 16, 17, 18 unter­ teilt, die in Strömungsrichtung hintereinanderliegen und bei­ spielsweise durch Bandscharniere 19, 20, 21 gelenkig miteinander verbunden sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel soll der in den Fig. 6a und 7a dargestellte Drosselzustand durch ein von außen einstellbares "Einknicken" der gelenkartigen schallabsorbierenden Wand­ teile 16, 17, 18 erreicht werden. Man erkennt anhand der Fig. 6a sehr deutlich, daß der die Querschnittsverringerung bewirkende Wandteil 16 mit der Kanalachse einen größeren Winkel bildet als der die Querschnittsvergrößerung bewirkende Wandteil 17. Dadurch erfolgt auch in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar nach Eintritt der Strömung über den Eintrittsstutzen 2 a eine linear rasch zu­ nehmende Beschleunigung des strömenden Mediums, dessen Geschwindig­ keit an der engsten Stelle 22 ihren höchsten Wert erreicht und in dem sich anschließenden längeren Teil 23 diffusorförmig abgebaut und gleichzeitig gedämpft wird.

Das letzte Wandteil 18 ist lediglich in Längsrichtung des Kanals verschiebbar gelagert und wird zum Längenausgleich beim "Ein­ knicken" der Wandteile 16 und 17 mittels Halterungen 25 parallel zur Gehäusewand 1 geführt.

Wichtig zur Erzielung einer Drosselung bis zur Strömung Null ist eine luftdichte Abschottung der an der Engstelle 22 betei­ ligten Wandteile auf beiden Seiten, damit ein Ausweichen des gedrosselten Luftstromes über das Wandinnere nicht möglich ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 kann dies dadurch er­ reicht werden, daß das Wandteil mit einem knieförmig ausgebil­ deten Kreisbogensegment 31 versehen ist bzw. in ein solches Seg­ ment endet, welches in das angrenzende Ende des benachbarten Wandteiles 17 hineinragt. Auch das Kreisbogensegment 31 kann wie die übrigen innenliegenden Teile der schallabsorbierenden Kanalwände aus einem perforierten Lochblech bestehen. Auf diesem Lochblech kann das Lochblech 17 a des benachbarten Wandteiles 17 gleitend angeordnet sein. Strömungstechnisch hat das Kreisbogen­ segment noch den Vorteil, daß an der Knickstelle ein möglichst stetiger Übergang von einem Wandteil zum anderen erreicht und damit das Entstehen zusätzlicher Turbulenzen vermieden wird.

Um ein Ausweichen des gedrosselten Luftstromes unter allen Um­ ständen zu vermeiden, sind quer zur Luftdurchgangsrichtung aus­ gerichtete Trennwände 28, 29, 30 in das Kreisbogensegment 31 sowie das benachbarte Wandteil 17 eingefügt. Mit Hilfe dieser zusätz­ lichen Trennwände ist es beispielsweise möglich, den Raum 26 auf besonders einfache Weise mit einem schalldämmenden Material auszufüllen, welches zur Dämmung der in diesem Rereich zu erwar­ tenden geänderten Frequenzen besonders gut geeignet ist.

Claims (16)

1. Kanalschalldämpfer mit schallabsorbierenden Kanalwänden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kanalwände (3) oder Wandteile (16, 17, 18) im Sinne einer Veränderung des dem durchströmenden Gas zur Verfügung stehenden Kanalquerschnittes veränderbar sind.

2. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Veränderbarkeit der Wände oder Wandteile, daß die Veränderung des Kanalquerschnittes im Längsschnitt kontinuier­ lich erfolgt.

3. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Aufteilung der Veränderbarkeit, daß der Durchtrittsquerschnitt in Strömungsrichtung sich zunächst verringert und danach vergrößert.

4. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt seines Kanals größer als dessen Eintrittsquerschnitt ist (Diffusor).

5. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querschnittsverringerung in Strömungsrich­ tung gesehen, kürzer ist als die Querschnittsvergrößerung.

6. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Querschnittsverringerung bewirkende Wandteil (16) mit der Kanalachse einen größeren Winkel bildet als der die Querschnittsvergrößerung bewirkende Wandteil (17).

7. Kanalschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine derartige Veränderbarkeit der Wände oder Wandteile, daß im Längsschnitt des Kanals zwischen sich gegen­ überliegenden Wänden oder Wandteilen eine Strömungskontur entsprechend einer Venturi-Strömung entsteht.

8. Kanalschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalschalldämpfer in an sich bekann­ ter Weise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist und eine oder mehrere Kanalwände oder Wandteile ver­ stellbar angeordnet sind.

9. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbar angeordneten Wände oder Wandteile schwenk­ bar gelagert sind.

10. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbar gelagerten Wände oder Wandteile mittels Scharnieren (8) am Kanalgehäuse (1) befestigt und mittels einer aus dem Kanalgehäuse herausragenden Einstellvorrich­ tung (4) bewegbar sind.

11. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schwenkbar gelagerten Wände oder Wandteile am Austrittsende (2 b) des Kanalgehäuses (1) schwenkbar gelagert sind.

12. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freien Enden (5) der verstellbar gelagerten Wände (3) oder Wandteile strömungstechnisch günstig abge­ rundet sind.

13. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere in Strömungsrichtung hintereinander­ liegende Wandteile (16, 17, 18) derartig gelenkig miteinander verbunden sind, daß die Querschnittsänderung durch Verände­ rung des von benachbarten Wandteilen (16, 17) gebildeten Win­ kels erreichbar ist.

14. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der verstellbar gelagerten Wandteile (16) mit einem knieförmig ausgebildeten Kreisbogensegment (31) versehen ist, welches in das angrenzende Ende des benach­ barten Wandteiles (17) hineinragt.

15. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kreisbogensegment (31) und/oder die benachbarten Wandteile (16, 17) quer zur Luftdurchgangsrichtung eingefügte Trennwände (28, 29,30) eingefügt sind.

16. Kanalschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Schallabsorption an der Stelle geringsten Kanalquerschnitts ein den hier geänderten Frequenzspektrum angepaßtes schallabsorbierendes Material angeordnet ist.