DE4430698C1 - Luftschalldämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftschalldämpfer, bestehend aus einer von einer undurchlässigen Wandung umschlossenen Strömungsleitung, die mit Unter­ schallgeschwindigkeit von einem gasförmigen Medium durchströmt ist, sowie ei­ ner mit der Strömungsleitung verbundenen düsenförmigen Einrichtung zur Un­ terdrückung von Luftschallemissionen.

Ein derartiger Luftschalldämpfer ist aus der DE-OS 19 29 307 bekannt. Der vorbe­ kannte Luftschalldämpfer umfaßt zumindest eine Lochplatte, die in Strömungs­ richtung hinter einem Reduzierventil in die Strömungsleitung eingebaut ist, um den Gasstrom in mehrere Einzelströme aufzuteilen. Die schalldämpfende Wirkung wird dadurch erzielt, daß die durch das Ventil bedingten radialen und axialen Schwingungen des fließfähigen Mediums durch den Widerstand an den relativ kleinen Bohrungen der Lochscheiben in ihrer schwingenden Bewegung gebremst werden. Die düsenförmige Einrichtung sowie die Strömungsleitung sind bei dem vorbekannten Luftschalldämpfer einstückig ineinander übergehend ausgebildet.

Aus der DE 36 25 566 A1 ist eine Dämpfungsvorrichtung für eine Flüssig­ keitsströmung bekannt, bei der innerhalb einer Rohrleitung eine als Stufendiffusor ausgebildete Lochplatte angeordnet ist. Der Stufendiffusor eignet sich insbeson­ dere für die Verwendung in Papiermaschinen zur gleichmäßigen Zufuhr einer Faserstoffsuspension. Gelangt die Dämpfungsvorrichtung vor dem Stoffauflauf einer Papiermaschine zur Anwendung, wird dadurch eine Beruhigung der Sus­ pension als Grundvoraussetzung zur Erzeugung eines aus Faserbrei hergestellten Papiers erzielt.

Luftschalldämpfer bilden beispielsweise einen Bestandteil eines als Abluftkanal ausgebildeten Auspuffs von Kraftfahrzeugen. Derartige Luftschalldämpfer sind in Strömungsrichtung hinter der Geräuschquelle angeordnet, die in diesem Falle durch den Motor des Kraftfahrzeugs gebildet ist. Die vorbekannten Luftschall­ dämpfer sind für gasfördernde Bauteile, wie zum Beispiel Lüfter oder gasführen­ de Bauteile, wie zum Beispiel Ventile, bei denen die Schallausbreitung entgegen der Strömungsrichtung erfolgt, ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftschalldämpfer der vorbe­ kannten Art derart weiterzuentwickeln, daß dieser eine Luftschallabsorption für gasführende Ventile entgegen der Strömungsrichtung bewirkt und Luftschalle­ missionen von Bremskraftverstärkern in Kraftfahrzeugen nahezu vollständig verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 ge­ löst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß der Luftschalldämpfer als Zu­ luftschalldämpfer ausgebildet ist daß die Strömungsleitung als Zuluftkanal für ein im Steuerkolben eines Bremskraftverstärkers angeordnetes Ventil ausgebildet ist und die Einrichtung in Strömungsrichtung des Mediums vor dem Schall abstrah­ lenden Ventil angeordnet ist, zur Unterdrückung von Luftschallemissionen ent­ gegen der Strömungsrichtung und daß die Einrichtung zumindest ein Strömungsveränderungsmittel umfaßt, das an zumindest einer Stelle eine Steigerung der Geschwindigkeit des gasförmigen Mediums auf annähernd Schallgeschwindigkeit bewirkt. Gasführende Bauteile, wie beispielsweise Venti­ le, erzeugen während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung oftmals hohe Geräuschpegel. Die Ursachen liegen meist in den hohen Strömungsgeschwin­ digkeiten und strömungstechnisch ungünstigen Geometrien. Die Geräusche breiten sich in der Gassäule der Mediums sowohl in als auch gegen dessen Strömungsrichtung aus. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Luftschalldämpfers ist darin zu sehen, daß dieser in einem Zuluftkanal eines Ventils angeordnet ist, wobei das Strömungsveränderungsmittel in Strömungsrichtung des Mediums vor dem Ventil angeordnet ist. Der von dem Ventil abgestrahlte Schall, der sich in Richtung des Strömungsveränderungsmittels ausbreitet, kann sich an diesem vorbei entgegen der Strömungsrichtung nicht ausbreiten, da beim Durchströmen des Mediums durch das Strömungsveränderungsmittel Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Aufgrund der Schallgeschwindigkeit des einströmenden gasförmi­ gen Mediums in Richtung des Ventils können sich die unerwünschten Geräusche nicht in den Bereich vor das Strömungsveränderungsmittel ausbreiten. Die mit Schallgeschwindigkeit durch die Einrichtung strömenden Gase wirken, bezogen auf den von der Geräuschquelle abgestrahlten Schall, als schalldämmende Be­ grenzung.

Das Strömungsveränderungsmittel kann durch zumindest eine Düse gebildet sein, die im Hinblick auf eine Minimierung der Strömungsverluste einen im we­ sentlichen kreisförmigen Durchtrittsquerschnitt aufweist. Der Volumenstrom des gasförmigen Mediums wird nur sehr geringfügig vermindert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Düse als Laval-Düse ausge­ bildet sein. In ihrer Gestalt davon abweichende Strömungsveränderungsmittel, wie beispielsweise Blenden, können ebenfalls zur Anwendung gelangen, wenn gewährleistet ist, daß das gasförmige Medium an zumindest einer Stelle auf an­ nähernd Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Das bei hohen Strömungsge­ schwindigkeiten durch die Düse erzeugte Strömungsrauschen ist aufgrund der günstigen Düsengeometrie bei Laval-Düsen nur sehr gering.

Die Düse weist im Bereich ihrer axialen Enden einen ersten und dritten Öff­ nungsquerschnitt auf, wobei der erste Öffnungsquerschnitt auf der der Ge­ räuschquelle abgewandten Seite angeordnet ist und sich in Strömungsrichtung auf der der Geräuschquelle zugewandten Seite auf einen zweiten Öffnungsquer­ schnitt verjüngt und wobei der zweite Öffnungsquerschnitt auf der der Ge­ räuschquelle zugewandten Seite in Strömungsrichtung auf den dritten Öff­ nungsquerschnitt erweitert ist, der zumindest so groß ist, wie der erste Öff­ nungsquerschnitt. Der zweite Öffnungsquerschnitt ist bevorzugt kegelförmig in Richtung des dritten Öffnungsquerschnitts erweitert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, daß die Flä­ che des ersten Öffnungsquerschnitts 1,01 bis 2,5 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts, daß die Fläche des dritten Öffnungsquer­ schnitts 1,05 bis 4 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquer­ schnitts und daß die Länge der Düse in Strömungsrichtung 4 bis 12 mal größer ist, als der Durchmesser des zweiten Öffnungsquerschnitts. Derartige Abmes­ sungen bedingen einerseits eine ausreichend große Beschleunigung des mit Un­ terschallgeschwindigkeit strömenden Mediums im Bereich der Düse auf Schall­ geschwindigkeit und ermöglichen andererseits daß dem Durchsatz nur geringe Strömungswiderstände entgegenstehen. Der zweite Öffnungsquerschnitt bildet die relativ engste Stelle der Düse. Die Begrenzungswandung des Öffnungsquer­ schnitts der Düse zwischen dem zweiten und dem dritten Öffnungsquerschnitt schließt mit der Symmetrieachse der Düse bevorzugt einen Winkel von 2 bis 8° ein. Im Hinblick auf eine laminare Strömung und einen Durchsatz, der im we­ sentlichen frei von Strömungsverlusten ist, ist eine derartige Ausgestaltung von Vorteil.

Der zweite und der dritte Öffnungsquerschnitt sind daher gemäß einer vorteil­ haften Ausgestaltung ohne sprunghafte Querschnittsveränderungen kontinuier­ lich ineinander übergehend ausgebildet.

Insbesondere für Strömungsleitungen mit einem vergleichsweise geringen Durchtrittsquerschnitt ist es erforderlich, daß Strömungsveränderungsmittel mit kleinen Abmessungen und guter Wirksamkeit zur Anwendung gelangen. Dazu kann es vorgesehen sein, daß innerhalb der Strömungsleitung in Strömungsrich­ tung vor dem Ventil zumindest zwei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Düsen in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet sind. Ein der­ artiges Strömungsveränderungsmittel ermöglicht hohe Volumenströme durch den Schalldämpfer, weist kleine Abmessungen auf und ist in kostengünstig herstellbar.

Im Steuerkolben des Bremskraftverstärkers ist ein Ventil angeordnet, wobei auf der einen Seite des gasführenden Ventils ein starker Unterdruck herrscht, so daß bei Betätigung dieses Ventils sofort ein starker Luftstrom durch das Ventil strömt. Um das Strömungsrauschen zu minimieren, das entsteht, wenn das gasförmige Medium durch das Ventil strömt, ist in der Strömungsleitung zumin­ dest eine Laval-Düse vorgesehen, die die Funktion eines Luftschalldämpfers erfüllt. Strömungsgeräusche im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs werden daher nicht wahrgenommen. Trotz der erheblichen Geräuschreduzierung wird der maximale Luftdurchsatz, der für die Wirksamkeit eines Bremskraftverstärkers ausschlaggebend ist, nicht vermindert.

Die Düsen können als vormontierbare Einheit ausgebildet und gemeinsam in die Strömungsleitung einsetzbar sein. Hierbei ist von Vorteil, daß die Herstellung der Einheit und die Montage problemlos vorgenommen werden können. Die einzel­ nen Düsen sind während der Montage der Einheit in die Strömungsleitung stets optimal zueinander positioniert. Die Handhabung ist - im Gegensatz zu einer Montage von einzelnen Düsen - wesentlich vereinfacht.

Die Einheit kann als Kunststoff-Spritzgußteil ausgebildet sein. Hierbei ist von Vorteil, daß die Herstellung der Einheit einfach und kostengünstig vorgenommen werden kann. Außerdem weist die Einheit eine geringe Masse auf.

Der erfindungsgemäße Luftschalldämpfer wird nachfolgend anhand der Zeich­ nung weiter erläutert. Diese zeigt die zu berücksichtigenden Einzelkomponenten in schematischer Darstellung.

In der Zeichnung ist eine Strömungsleitung 1 gezeigt, die von einer gasundurch­ lässigen Wandung umschlossen ist. Die Strömungsleitung 1 ist als Zuluftkanal für ein im Steuerkolben eines Bremskraftverstärkers angeordnetes Ventil 5 aus­ gebildet und umschließt das Ventil 5, das die Geräuschquelle bildet. Am Ventil 5 ist in Strömungsrichtung 4 eine Differenzdruck wirksam. In Strömungsrichtung des Mediums 2 vor dem Ventil 5 ist eine Einrichtung 3 mit einem Strömungsver­ änderungsmittel angeordnet, wobei das Strömungsveränderungsmittel in diesem Beispiel durch zwei Düsen 6 gebildet ist, die als Laval-Düsen ausgebildet sind. Die beiden Düsen 6 sind in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet und weisen jeweils drei Öffnungsquerschnitte 7, 8, 9 auf. Der erste Öffnungsquerschnitt 7 ist auf der dem Ventil 5 abgewandten Seite der Düsen 6 angeordnet. Der dritte Öffnungsquerschnitt 9 ist am größten und auf der dem Ventil 5 zugewandten Seite angeordnet. Zunächst wird das Medium 2 im Bereich der ersten Öffnungsquerschnitte 7 beschleunigt und weist im Bereich der zweiten Öffnungsquerschnitte 8, die die engsten Querschnittstellen der Düsen 6 bilden, seine höchste Geschwindigkeit auf. In diesem Bereich wird Schallgeschwindigkeit erreicht. Dadurch, daß das Medium 2 mit Schallge­ schwindigkeit durch die Düsen 6 strömt, wird der vom Ventil 5 des Bremskraft­ verstärkers abgestrahlte Schall auf der Unterdruckseite 10 der Düsen 6 gehalten und gelangt daher nicht auf die Überdruckseite 11.

Claims (11)

1. Luftschalldämpfer, bestehend aus einer von einer undurchlässigen Wan­ dung umschlossenen Strömungsleitung, die mit Unterschallgeschwindig­ keit von einem gasförmigen Medium durchströmt ist sowie einer mit der Strömungsleitung verbundenen düsenförmigen Einrichtung zur Unterdrüc­ kung von Luftschallemissionen, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft­ schalldämpfer als Zuluftschalldämpfer ausgebildet ist, daß die Strömungs­ leitung (1) als Zuluftkanal für ein im Steuerkolben eines Bremskraftver­ stärkers angeordnetes Ventil (5) ausgebildet ist und die Einrichtung (3) in Strömungsrichtung (4) des Mediums (2) vor dem Schall abstrahlenden Ventil (5) angeordnet ist, zur Unterdrückung der Luftschallemissionen entgegen der Strömungsrichtung (4) und daß die Einrichtung (3) zumin­ dest ein Strömungsveränderungsmittel umfaßt, das an zumindest einer Stelle der Strömungsleitung eine Steigerung der Geschwindigkeit des gas­ förmigen Mediums (2) auf annähernd Schallgeschwindigkeit bewirkt.

2. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) einen im wesentlichen kreisförmigen Durchtrittsquerschnitt aufweist.

3. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) als Laval-Düse ausgebildet ist.

4. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) im Bereich ihrer axialen Enden einen ersten und dritten Öff­ nungsquerschnitt (7, 9) aufweist, daß der erste Öffnungsquerschnitt (7) auf der der Geräuschquelle (5) abgewandten Seite angeordnet ist und sich in Strömungsrichtung (4) auf der der Geräuschquelle (5) zugewandten Seite auf einen zweiten Öffnungsquerschnitt (8) verjüngt und daß der zweite Öffnungsquerschnitt (8) auf der der Geräuschquelle (5) zugewand­ ten Seite in Strömungsrichtung (4) auf den dritten Öffnungsquerschnitt (9) erweitert ist, der zumindest so groß ist, wie der erste Öffnungsquer­ schnitt (7).

5. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des ersten Öffnungsquerschnitts (7) 1,01 bis 2,5 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts (8).

6. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des dritten Öffnungsquerschnitts (9) 1,05 bis 4 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts (8).

7. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Düse (6) in Strömungsrichtung (4) 4 bis 12 mal größer ist, als der Durchmesser des zweiten Öffnungsquerschnitts (8).

8. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Öffnungsquerschnitt (7, 8, 9) ohne sprunghafte Querschnittsveränderungen kontinuierlich ineinander überge­ hend ausgebildet sind.

9. Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Strömungsleitung (1) in Strömungsrichtung (4) vor der Ge­ räuschquelle (5) zumindest zwei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Düsen (6) in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet sind.

10. Luftschalldämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (6) als vormontierbare Einheit ausgebildet und gemeinsam in die Strömungsleitung (1) einsetzbar sind.

11. Luftschalldämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit als Kunststoff-Spritzgußteil ausgebildet ist.