DE60131656T2

DE60131656T2 - Mehrschichtiger fasergefüllter schalldämfer sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60131656T2
Application number: DE60131656T
Authority: DE
Inventors: Cameron G. Columbus COFER; Goran K. Knutsson; Kunio Okazaki KOMORI; Yukihito Okazaki SAKAI
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd; Owens Corning Sweden AB; Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd; Owens Corning Sweden AB; Owens Corning
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: EP1301694A2; DE60131656D1; EP1301694B1; WO2002006643A3; CA2413724A1; BR0111935A; MXPA02012520A; AU7689201A; US6543576B1; ES2296773T3; WO2002006643A2; KR20030066585A; JP2004528501A; AU2001276892B2

Description

TECHNISCHES GEBIET UND GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Schalldämpfer mit mehreren Schichten von schalldämpfendem Material sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers, und insbesondere ein Verfahren zum direkten Befüllen eines Schalldämpfers mit verschiedenen Arten von schalldämpfendem Material. Die Erfindung ist nützlich bei der Erzeugung von Schalldämpfern, die zum Vermindern von Geräuschemission eines Fahrzeugs benutzt sein können.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Schalldämpfer sind typischerweise zum Vermindern von Geräuschemission in Benutzung und weisen zahlreiche Anwendungen auf, beispielsweise ein Dämpfer für ein Fahrzeug. Ein herkömmlicher Schalldämpfer beinhaltet ein Gehäuse oder einen Behälter, gewöhnlich mit zylindrischem oder ovalem Querschnitt, mit einem perforierten oder porösen inneren Rohr, das sich durch die Endstücke des Behälters erstreckt und durch das ein Gas, wie etwa ein Abgas aus einem Verbrennungsmotor, strömen kann. Der Schalldämpfer beinhaltet häufig ein schalldämpfendes Material, wie etwa Glasfaserwolle, das zwischen dem Gehäuse und dem inneren Rohr angeordnet ist und ein Geräusch des Gases, das durch den Dämpfer strömt, abschwächt oder dämpft.
Derartige Dämpfer können verschiedenartig hergestellt sein. Die Glasfaserwolle kann in Form einer Matte zwischen das Gehäuse und das innere Rohr gepresst oder um das innere Rohr gerollt sein. Die US-Patentschrift Nr. 5,926,954 an Wolf („Wolf") betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dämpfern mit mehrfachen Faserschichten. Die Fasergarnschichten werden um ein perforiertes inneres Rohr gewickelt, während sich das Rohr dreht. Ein Septum wird zwischen den Schichten angeordnet, um sie voneinander zu trennen. Die mehreren Schichten und Septen reduzieren ein Ausblasen der Fasern (das die akustischen Reduzierungseigenschaften des Dämpfers mindert). Ein Nachteil des Verfahrens von Wolf ist, dass es erfordert, dass das schalldämpfende Material in Form einer Matte ist, wodurch seine akustische und thermische Leistung eingeschränkt ist. Die Art des Wickelvorgangs führt zu parallelen Filamenten, die die thermischen Isolierungseigenschaften des Fasermaterials einschränken. Wegen der erforderlichen Spannung des Wickelvorgangs besteht eine Tendenz, dass derartige Fasern eng gegen das perforierte Rohr verdichtet werden und sich an den hohen Temperaturen des Abgases abgleichen, was zu einer größeren Neigung zum Ausblasen führt. Außerdem ist das Verfahren zeitaufwändig und teuer, und es erfordert mehrere maschinelle Einrichtungsstücke.
Alternativ kann die Glasfaserwolle in der Form von gedehnter, geschnittener Glasfaser mit einer Faserlänge von ungefähr 50 mm sein. Die Benutzung derartiger geschnittener Strangglasfaser erfordert kostspielige Ausrüstung zum Befüllen der Dämpfer und erschwert die gleichmäßige Befüllung des Dämpfers. Sowohl der Schneid- als auch der Nadelvorgang fügen den Fasern schweren Schaden mit einem Verlust von über 50% der Zugfestigkeit der Fasern zu. Zudem weist ein derartiger Bau eine dürftige Beständigkeit auf, da ein Großteil der geschnittenen Fasern häufig weniger als 15 mm lang sind. Diese sehr kurzen Fasern wandern schließlich durch die Dämpferperforierungen und blasen aus. Ungleichmäßige Befüllung kann außerdem zur Folge haben, dass die Wolle durch die Abgase, die durch das innere Rohr strömen, gegen die zylindrische Innenwand des Gehäuses verdichtet wird, was wiederum dazu führt, dass sich die Geräuschverminderungsleistung des Dämpfers verhältnismäßig schnell verschlechtert. Dieses Verfahren weist hohe Fertigungskosten aufgrund der Menge an Arbeit, Zahl der Vorbe reitungsschritte, Abfall und Schwierigkeiten beim Befüllen komplexer Gestaltungen auf.
Eine Gestaltungsüberlegung für Schalldämpfer ist die thermische Schädigung des schalldämpfenden Materials im Verlauf der Zeit durch das Ausgesetztsein von heißen Abgasen. Ein Gestaltungsansatz beinhaltet die Benutzung von temperaturbeständigeren Materialien in der Nähe des inneren Rohrs des Dämpfers, wo die Temperaturen höher sind. Die US-Patentschrift Nr. 4,269,800 an Sommer et al. („Sommer") offenbart Dämpfergestaltungen, die individuelle Matten aus Mineralfasern und Metallfasern sowie eine Verbundmatte nutzen, die aus beiden Faserarten besteht. Sommer offenbart einen Dämpfer mit separaten Mineralfaser- und Metallfaserschichten. Die Metallfaser ist näher an dem Verbrennungsgas in dem Dämpfer angeordnet als die Mineralschicht, um Hitze- und Korrosionsbeständigkeitsschutz vorzusehen. Die zwei Schichten sind miteinander vernadelt oder zusammengenäht oder mit einem Klebstoff aneinander gekuppelt. Sommer offenbart außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundmatte durch Kombinieren von Metallfasern mit Mineralsfasern während der Herstellung einer Mineralfasermatte. Es ist zeit- und arbeitsaufwändig, die Matte herzustellen und einzufügen. Ferner bietet die Gestaltung von Sommer nur eine inkrementelle Verbesserung der Beständigkeit gegenüber standardmäßigen Glasfasermatten. Die Gestaltung besteht aus unterbrochenen Fasern, die unter Vibrationsbelastung im Auspuff schließlich durch die Perforierungen wandern und aus dem Dämpfer ausblasen.
US 4371054 beschreibt einen akustischen Geräuschdämpfer für einen Gasdurchgang oder eine Auspuffrohrleitung für eine Gasturbine, wobei jedoch keine Offenbarung eines Schalldämpfers wie im Folgenden in Anspruch 1 definiert vorliegt.
JP 01125514A beschreibt einen Geräuschdämpfer, der ein Innengehäuse, ein Außengehäuse, ein erstes schalldämpfendes Material, welches in einem ersten Bereich zwischen den beiden Gehäusen angeordnet ist, und ein zweites schalldämpfendes Material umfasst, welches in einem zweiten Bereich zwischen dem äußeren Bereich und dem ersten schalldämpfenden Material angeordnet ist.
Es besteht ein Bedarf für eine kostengünstige Art und Weise, einen Schalldämpfer herzustellen, der verschiedene Arten von schalldämpfenden Fasern beinhaltet. Beispielsweise offenbart SU 1127983 einen Abgasgeräuschdämpfer für eine Vakuumpumpe mit einer kugelförmigen Schallwand und einem Kunststoffschirm innerhalb eines Körpers mit einem Freiraum, der mit drei Schichten gefüllt ist. Der Schalldämpfer würde vorzugsweise fortlaufende Fasern enthalten, die nicht zum Ausblasen aus dem Dämpfer durch Perforierungen in dem inneren Rohr prädisponiert sind. Unter Benutzung verschiedener Faserarten können teurere, temperaturbeständigere Fasern näher an dem Abgas angeordnet sein, um die kostengünstigeren Fasern zu schützen, die weniger wärmebeständig sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Mängel des Stands der Technik werden durch den offenbarten mehrschichtigen fasergefüllten Schalldämpfer und das Herstellungsverfahren dafür behoben. Der Schalldämpfer beinhaltet ein Außengehäuse, ein poröses oder perforiertes inneres Rohr oder Innengehäuse, das einen Durchgang definiert, durch den ein Gas strömen kann, eine Abteilung, die zwischen den Gehäusen zum Definieren von zwei Kammern angeordnet ist, und zwei Schichten schalldämpfendes Material, wie etwa Glasfaserwolle, das innerhalb der Kammern angeordnet ist. Das dem Innengehäuse benachbarte schalldämpfende Material ist so ausgewählt, dass es hitzebeständiger als das Material ist, das sich weiter weg von dem Innengehäuse befindet.
Der Schalldämpfer wird unter Nutzung eines Direktfüllverfahrens befüllt, bei dem fortlaufende Fasern in den Schalldämpfer eingespritzt werden. Bei der Vorbereitung zum Füllen wird zum Definieren von zwei Kammern eine Abteilung zwischen die Gehäuse positioniert. Jede Kammer wird mit einem der schalldämpfenden Materialien gefüllt. Die Abteilung bleibt an ihrem Platz, wobei die Abteilung perforiert ist. Die zwei schalldämpfenden Materialien können zu verschiedenen Dichten eingefüllt werden.
Das Direktfüllverfahren vereinfacht die Befüllung des Behälters und senkt ihre Kosten und stellt einen Dämpfer bereit, der einheitlich gefüllt ist und eine verbesserte Schalldämpfungsqualität aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Schalldämpfers und einer Direktfüllvorrichtung zum Befüllen des Schalldämpfers gemäß den Prinzipien der Erfindung.
2 ist eine isometrische Ansicht eines Schalldämpfers, der die Prinzipien der Erfindung verkörpert.
3 ist eine Querschnittseitenansicht des Schalldämpfers von 2.
4 ist eine isometrische Ansicht des Innengehäuses des Schalldämpfers von 2.
5 ist eine isometrische Ansicht der Abteilung des Schalldämpfers von 2.
6A–B sind Querschnittendansichten des Schalldämpfers von 2 mit der Abteilung bzw. ohne Abteilung.
7 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Fülldichte und den akustischen Dämpfungseigenschaften über einen Frequenzbereich zeigt.
8 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Faserdurchmesser und den akustischen Dämpfungseigenschaften über einen Frequenzbereich zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG UND BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein mehrschichtiger Schalldämpfer und ein Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers, der die Prinzipien der Erfindung verkörpert, sind in 1 bis 6B dargestellt. Der offenbarte Schalldämpfer sieht gute akustische Dämpfungskennzeichen bei verhältnismäßig niedrigen Herstellungskosten vor. Das offenbarte Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers verbessert den Schalldämpferfüllvorgang, insbesondere durch leichtes Zuführen von Strängen unterschiedlicher schalldämpfender Materialien in das Gerät.
Der Schalldämpfer der Erfindung beinhaltet ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Durchgang, durch den Gas strömen kann, welches akustisches Geräusch aufweist, das durch den Dämpfer abgeschwächt werden soll, und schalldämpfendes Material, das in dem Gehäuse zum Abschwächen des akustischen Geräuschs angeordnet ist, welches von dem Gasstrom in dem Durchgang ausgeht. Das schalldämpfende Material beinhaltet zwei oder mehr Zusammensetzungen von voneinander abweichenden Eigenschaften, wie etwa thermische oder akustische Eigenschaften. Ein erstes schalldämpfendes Material ist dem Durchgang und dem Gasstrom durch den Durchgang benachbart angeordnet. Das erste Material weist eine Eigenschaft mit einem ausgewählten Wert auf, wie etwa verhältnismäßig hohe Beständigkeit gegen thermische Schädigung von dem Heißgas, das durch den Durchgang strömt.
Akustisches Geräusch ist in dem ersten Material abgeschwächt. Das erste Material ist außerdem ein Wärmeisolierstoff, der einen Temperaturgradienten durch das erste Material von der Oberfläche des ersten Materials vorsieht, welche dem Heißgasstrom durch den Durchgang benachbart ist. Ein zweites Material ist dem ersten Material benachbart angeordnet, um weitere akustische Abschwächung vorzusehen. Das zweite Material weist vorzugsweise einen anderen Wert für die Eigenschaft von Interesse, wie etwa eine niedrigere Beständigkeit gegenüber thermischer Schädigung, als das erste Material auf. Die Stärken und thermischen Eigenschaften des ersten und zweiten Materials sind derart ausgewählt, dass der Temperaturabfall zwischen der Oberfläche des ersten Materials, das dem Heißgasstrom benachbart ist, und der Schnittstelle zwischen dem ersten und zweiten Material derart ist, dass die Temperatur an der Schnittstelle keine unannehmbare Schädigung des zweiten Materials bewirkt. Die Gesamtstärke und die Schallabschwächungseigenschaften der zwei Materialien sind zum Vorsehen der gewünschten Schalldämpfungsleistung für den Schalldämpfer ausgewählt.
Die schalldämpfenden Materialien sind vorzugsweise fortlaufende Glasfilamente und vorzugsweise in das Gehäuse in die gewünschten Stellen für die Materialien eingespritzt. Eine Abteilung ist innerhalb des Gehäuses angeordnet, um die zwei Materialien zu trennen, wenn sie in das Gehäuse eingespritzt werden, und dadurch die Bereiche zu definieren, die von den zwei Materialien gefüllt werden sollen. Die Abteilung bleibt zum Ausbilden eines Teils des Schalldämpfers an ihrem Platz.
Die Geometrie und Ausrichtung der zwei Materialien, des Gehäuses und des Stromdurchgangs kann gemäß der Gestaltung des Schalldämpfers stark variieren. Bei einer herkömmlichen Dämpfergestaltung, wie unten detaillierter beschrieben, können der Stromdurchgang, die zwei Materialien und das Gehäuse als konzentrische, kreisförmige Zylinder angeordnet sein. Zahlreiche andere Formen mit konstanten oder variierenden Querschnitten könnten außerdem benutzt sein. Abhängig vom Temperaturprofil entlang der Achse des Gasdurchgangs und dem Temperaturprofil durch die Stärke der schalldämpfenden Materialien können die schalldämpfenden Materialien außerdem mit variierenden Stärken, darunter Nullstärke für das erste Material an einigen axialen Stellen, in dem Gehäuse angeordnet sein.
Die zwei Materialien können außerdem zu verschiedenen Fülldichten in das Gehäuse eingespritzt sein. Die Dichten könnten in dem fertig gestellten Schalldämpfer durch das Vorhandensein der Abteilung erhalten sein, oder die Dichten könnten sich in der Ausführungsform, in der die Abteilung entfernt ist, zu einem Gleichgewicht verschieben, in dem das zu einer höheren Dichte eingefüllte Material sich zu einer niedrigeren Dichte ausdehnt und das andere Material zu einer höheren Dichte komprimiert.
Mit der Bezeichnung dieser allgemeinen Prinzipien werden im Folgenden ausgewählte Durchführungen dieser Prinzipien in gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen dargelegt.
Ein Schalldämpfer, der die Prinzipien der Erfindung verkörpert, ist in 2 bis 6B gezeigt. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Schalldämpfer 100 ein im Allgemeinen zylindrisches Außengehäuse 110 und ein im Allgemeinen zylindrisches, konzentrisch angeordnetes Innengehäuse 120, das durch das Außengehäuse verläuft. Das Innengehäuse 120 definiert einen Durchgang 126, durch den das Gas strömt, mit einem Einlassende 102, in das das Gas mit akustischem Geräuschanteil eingeleitet ist, und einem Auslassende 104, aus dem das Gas austritt.
Das Innengehäuse 120 ist porös oder perforiert, um Verbindung zwischen dem Inneren des Durchgangs 126 und dem kreisförmigen Raum 112 zwischen den zwei Gehäusen vorzusehen. In dieser Ausführungsform ist die Verbindung durch Perforierungen 128 durch das Innengehäuse 120 vorgesehen. Der Raum 112 zwischen den Gehäusen ist mit einem schalldämpfendem Material gefüllt, wie etwa Glasfaserwolle. Der Raum 112 ist an einer Schnittstelle 144 in zwei Bereiche, oder Kammern, 140 und 142 aufgeteilt. Jede Kammer 140, 142 ist mit einem jeweiligen schalldämpfenden Material 150, 152 gefüllt. Die Schnittstelle 144 kann durch eine Abteilung 130 definiert sein (wie in 3 und 5 gezeigt). Die Abteilung wird in dem Schalldämpfer belassen und beinhaltet Perforierungen 132 (wie in 5 gezeigt), um Verbindung zwischen den Kammern 140, 142 vorzusehen.
In dieser Ausführungsform, in der der Schalldämpfer 100 ein Dämpfer für das Abgassystem eines Verbrennungsmotors ist, ist das Gas, das durch den durch das Innengehäuse 120 definierten Durchgang strömt, heiß (beispielsweise in der Größenordnung von 650°C bis 900°C (1202°F bis 1652°F)). Dementsprechend weist das (in der Kammer 140 abgelagerte) schalldämpfende Material 150 eine hohe Beständigkeit gegen thermische Schädigung auf. Das schalldämpfende Material 152 kann eine niedrigere Beständigkeit gegen thermische Schädigung aufweisen, da das Material 150 das Material 152 von den hohen Temperaturen isoliert, die innerhalb des Innengehäuses 120 vorliegen. Beispielsweise kann das Material 150 einen Temperaturgradienten von ungefähr 10°C bis 15°C (50°F bis 59°F) pro Stärkemillimeter vorsehen. Daher wäre, wenn das Material 150 eine Stärke von 10 mm aufweist, die Temperatur an der Schnittstelle 144 ungefähr 100°C bis 150°C (212°F bis 302°F) niedriger als an der Innenfläche des ersten Materials 150.
Der Schalldämpfer weist zwei verschiedenartige Schichten von Fasern auf. Um die Stärke und die Kosten der inneren Schicht zu minimieren, kann eine stärkere innere Schicht mit einer niedrigeren Dichte eingefüllt sein.
Unter Bezugnahme auf 1 wird nun die Herstellung des Schalldämpfers und der Betrieb der Direktfüllvorrichtung erläutert. Eine Direktfüllvorrichtung zum Befüllen eines Schalldämpfers ist in 1 gezeigt. Ein Beispiel des „Direktfüllverfahrens" ist in der US-Patentschrift Nr. 4,569,471 an Ingemansson et al. („Ingemansson") offenbart. Das Direktfüllverfahren nutzt Druckluft in einer Düse zum Trennen von Glasfasersträngen in Fasern und Leiten derselben in eine Kammer in dem Schalldämpfer.
Glasfaserwolle in der Form von im Wesentlichen fortlaufenden Fasern weist eine größere Elastizität als kurze Fasern auf. Es ist weniger wahrscheinlich, dass die fortlaufende Füllung durch intermittierenden Abgasdruck gegen die Wände des Dämpfers verdichtet wird oder durch das Innengehäuse 120 ausgeblasen wird. Durch die Benutzung der fortlaufenden Füllung sind die geräuschdämpfenden Eigenschaften des Dämpfers für einen längeren Zeitraum erhalten.
Bei dem Direktfüllverfahren wird ein mehrfädiger Glasfaserstrang in ein Ende einer Düse eingeführt und durch die Düse mithilfe von Pressluft weiterbefördert. Der Strang tritt als eine fortlaufende Länge von Glasfaserwolle aus der Düse aus. Die Wolle wird durch die Druckluft aus der Düse und in eine Kammer in dem Dämpfer geblasen. Gleichzeitig wird ein Vakuum aus dem Innengehäuse gezogen, um das Befüllen des Schalldämpfers zu erleichtern.
Während die Direktfüllvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, eine einzige Strangquelle und eine einzige Düse aufweist, versteht es sich, dass mehrfache Düsen für mehrfache Stränge benutzt sein können. Außerdem kann der Vorgang die Kammern der Schalldämpfer gleichzeitig oder sequenziell mit verschiedenen Strängen von schalldämpfendem Material befüllen.
Das bevorzugte Herstellungsverfahren ist, mehrfache Düsen für jeden Strang zu benutzen und den Dämpfer sequenziell mit verschiedenen Strängen zu befüllen. Nur der Einfachheit halber wird das Direktfüllverfahren für eine einzige Strangquelle und eine einzige Düse erläutert.
Die Direktfüllvorrichtung 200 führt einen Glasfaserstrang 212 aus einer Verpackung 210 durch ein Düsensystem 240 zum Befüllen eines Schalldämpfers 100 zu. Das Düsensystem 240 nutzt Druckluft aus einer Druckquelle (nicht gezeigt), um den Strang von einer Düse 242 in eine Kammer des Schalldämpfers 100 zu zwingen.
Die durch die Düse 242 geblasene Luft schiebt den Strang vorwärts und trennt und verwickelt die Strangfasern, sodass der Strang als Wolle mit im Wesentlichen fortlaufenden Fasern aus der Düse austritt. Die Wolle wird direkt in den Schalldämpfer geblasen, und die Luft wird durch ein Vakuumsystem 250 aus dem Innengehäuse gezogen.
Bevor der Strang eingeführt wird, wird die Abteilung 130 zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse eingefügt. Die Abteilung 130 kann von Hand oder automatisch durch Anbringung an einem Abschnitt des Düsensystems eingefügt werden.
Wenn der Strang 212 aus der Verpackung abgewickelt wird, läuft er durch eine Reihe von Führungen 214, 216 und ein Klemmmittel 220 und um eine Brechwalze 226 zu einer Zuführung 230. Durch Ablenken des Fadens über die Brechwalze 226 wird die Bindeschicht zwischen dem Fasern in dem Strang gebrochen und die Fasern getrennt. Die Zuführung 230 führt den Strang in das Düsensystem 240.
Das Düsensystem beinhaltet eine Düse 242 und eine der Düse nachgeschaltete Platte 246 mit einer Öffnung. Der Schalldämpfer 100 wird während des Füllvorgangs auf eine Art und Weise gestützt, die der Fachmann kennt. Das obere Ende des Außengehäuses 110 ist offen und in der Nähe der Platte 246 angeordnet. Das untere Ende des Innengehäuses 120 ist an einen Schlauch 145 angeschlossen, der ein Teil des Vakuumsystems 250 ist und Luft aus dem Innengehäuse 120 zieht, wenn der Schalldämpfer gefüllt wird. Die Platte 246 ist zum Ausbilden eines Spalts zwischen der Platte und einem Träger des Düsensystems angeordnet. Luft strömt durch den Spalt und in den Dämpfer, um den Druck in den Kammern auszugleichen.
Die Zuführung 230 beinhaltet ein paar synchron betriebener, kunststoffbeschichteter Walzen 232, 234 gleicher Größe und eine zwischenliegende, frei drehbare Metallwalze 236, die durch Schwenkarme 238 getragen ist. Die Walze 136 befindet sich in einer Strangzufuhrposition, wenn sie die untere Walze 234 mit dem dazwischen gepressten Faden berührt. Sobald der Düse der Strang zugeführt ist, wird die Walze 236 durch einen Druckluftzylinder oder einen anderen bekannten Mechanismus in Berührung mit der oberen Walze 232 bewegt. Die Walze 236 rollt weiter, wenn sie mit der oberen Walze 232 in Berührung ist.
Das Klemmmittel 220 beinhaltet ein Paar nicht drehbar angebrachte Wellen 222, 224. Die obere Welle 222 ist durch eine Feder nach unten in Berührung mit der unteren Welle 224 vorgespannt. Die untere Welle 224 kann bezüglich der oberen Welle gedreht werden, um den Strang einzuklemmen oder freizugeben. Wenn der Strang zugeführt wurde, schwingt der Arm 218 in seine untere Position, um jeglichen Durchhang in dem Faden aufzunehmen, wie in 1 gezeigt. Wenn der Zufuhrvorgang erneut beginnt, wird der Arm 218 in seine obere Position zurück geschwungen.
Der Ausdehnungsgrad der Wolle und die äußerste Fülldichte sind durch Faktoren wie etwa die Zufuhrgeschwindigkeit des Fadens, die Luftgeschwindigkeit, den Vakuumgrad, die Luft menge, die durch die Düse strömt, und die Kennzeichen der organischen Schlichte auf dem Strang. Die Zufuhrgeschwindigkeit ist derart reguliert, dass sie niedriger als die Geschwindigkeit ist, mit der die Luft sich bemüht, den Strang von der Düse zuzuführen, wodurch der Strang unter Spannung gehalten ist. Anfänglich wird die der Düse zugeführte Luft angeschaltet, bevor die Zuführung in Betrieb genommen wird, um den Faden zu spannen.
Der Grad, zu dem der Schalldämpfer befüllt wird, ist durch das Vakuum in dem Dämpfer bestimmt, das mit der Kapazität des Vakuums 252 variiert. Die dem Dämpfer zugeführte Wollmenge kann durch Messen der Stranglänge, die durch die Zuführung geführt wurde, bestimmt werden. Diese Länge kann durch Zählen der Anzahl der Drehungen der Walze 236 oder durch Messen der Zufuhrzeit berechnet werden, wenn die Drehgeschwindigkeit der Verpackung bekannt ist. Wenn der Füllvorgang abgeschlossen ist, wird der Strang durch jegliches bekannte Schneidmittel, wie etwa eine Klinge, das der Düse unmittelbar nachgeschaltet ist, abgeschnitten.
Wenn der Dämpfer gefüllt wurde, wird er zu einer Station zum Anbringen des Endstücks auf dem offenen Ende des Schalldämpfers befördert. Das Endstück kann an die Enden des Dämpfers gecrimpt, gedreht oder geschweißt werden.
Da die Wolle eine Tendenz zur Ausdehnung aufweist, wenn das Vakuum angehalten ist, kann der Dämpfer zur Schweißstation befördert werden, während das Vakuum noch Luft zieht. Alternativ wird eine Abdeckplatte vorübergehend über dem offenen Ende angeordnet, bevor das Vakuum angehalten wird, um zu verhindern, dass die Wolle herauskommt, bevor das Endstück auf dem Dämpfer angeordnet ist.
Sowohl die akustischen Dämpfeigenschaften als auch die thermischen Isolationseigenschaften variieren mit der Fülldichte und dem Faserdurchmesser des Dämpfers. Bei spielsweise wird, wie in 7 gezeigt, bei Frequenzen, die niedriger als ungefähr 400 Hz sind, ein Dämpfer mit höherer Dichte im Allgemeinen eine größere akustische Dämpfung zeigen als derselbe, mit niedrigerer Dichte gefüllte Dämpfer. Bei Frequenzen, die größer als ungefähr 400 Hz sind, wird jedoch ein Dämpfer mit niedrigerer Dichte im Allgemeinen eine größere Dämpfung zeigen. Gleicherweise zeigt, wie in 8 gezeigt, das Ändern des Durchmessers der Fasern dasselbe Übergangsverhalten zeigen. Fasern mit kleinerem Durchmesser können im Vergleich zu Fasern mit größerem Durchmesser die akustische Niederfrequenzdämpfung zunehmend erhöhen, die Hochfrequenzdämpfung jedoch herabsetzen. Ferner vermindert das Erhöhen der Fülldichte (bis ungefähr 300 g/l (18 lb/ft³)) oder das Herabsetzen des Faserdurchmessers beides die Wärmeleitfähigkeit.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, sowohl die akustischen als auch die thermischen Eigenschaften des gesamten Systems durch Anpassen der Fülldichte und des Faserdurchmessers jeder Schicht zu optimieren. Wie oben besprochen, wenn die Materialien 150, 152 zu verschiedenen Dichten gefüllt sind. Auf diese Art und Weise kann die innere Schicht auf eine geringere Stärke ausgelegt sein, als mit einer gegebenen Fülldüse erzielt werden könnte. Beispielsweise kann es schwierig sein, eine Kammer mit einer Stärke von weniger als 0,4 Inch (10 mm) zu befüllen, da die Düsenabmessungen zu groß sind. Eine Lösung ist, die Stärke der inneren Kammer 140 auf eine annehmbare Größe einzustellen und die innere Kammer 140 mit einer niedrigen Dichte von schalldämpfendem Material zu füllen.
Die Bestandteile des Schalldämpfers sind vorzugsweise Metall, wie etwa Stahl. Das Material 150 ist vorzugsweise eine Glasfaser mit einer verhältnismäßig hohen Beständigkeit gegenüber thermischer Schädigung. Zu geeigneten Glasfasern gehören S-Glas (Magnesium-Aluminium-Silicat-Glas), T-Glas, U-Glas, ECR-Glas oder jegliche andere Zusammen setzung mit höherer Temperaturbeständigkeit als Material 152. Das Material 152 ist vorzugsweise eine Glasfaser mit verhältnismäßig niedrigerer Beständigkeit gegenüber thermischer Schädigung. Zu geeigneten Glasfasern gehören A-Glas, Standard E-Glas (Bor-Calcium-Aluminium-Silicat-Glas), ECR-Glas, ADVANTEX^® (MGF Gutsche &Co.) (Calcium-Aluminium-Silicat-Glas), ZENTRON^®-Glas (Advanced Glassfiber Yarns LLC) oder jegliche andere Zusammensetzung mit geeigneter Festigkeit zum Durchlaufen des Füllvorgangs. Alternativ könnte sowohl das Material 150 als auch das Material 152 aus derselben Zusammensetzung bestehen, jedoch verschiedene Durchmesser aufweisen oder zu verschiedenen Dichten eingefüllt sein.
Die folgenden Abmessungen sind für einen Beispielschalldämpfer gemäß den Prinzipien der Erfindung vorgesehen:
Innendurchmesser des Außengehäuses = 5 Inch (120 mm)
Außendurchmesser der Abteilung = 3,3 Inch (83 mm)
Innendurchmesser der Abteilung = 3,2 Inch (80 mm)
Außendurchmesser des Innengehäuses = 2 Inch (50 mm)
Durchmesser der Abteilungsperforierungen = 0,25 Inch (6 mm)
Durchmesser der Innengehäuseperforierungen = 0,25 Inch (6 mm)
Durchmesser der schalldämpfenden Fasern = 10 bis 30 Mikron
Zufuhrgeschwindigkeit des Strangs durch die Düse = 985 bis 1640 ft/min (300 bis 500 m/min)
Dichte der inneren Faserschicht = 1280 bis 3200 lb/ft³ (80 bis 200 g/l)
Dichte der äußeren Faserschicht = 1280 bis 3200 lb/ft³ (80 bis 200 g/l)
Es versteht sich für den Fachmann, dass die oben angegebene/n Abmessungen und Zufuhrgeschwindigkeit anhängig von der Größe des Schalldämpfers und des gewünschten Schalldämpfungsbetrags variieren können.
Die Form des Außen- und Innengehäuses kann anders als die zylindrische Form sein, die in den Figuren gezeigt ist.
Wie oben besprochen, können verschiedene Stränge von Fasern gleichzeitig unter Benutzung einer oder mehrerer Düsen für jeden Strang eingespritzt werden. Außerdem kann eine einzige Düse benutzt werden und nach dem Einführen des ersten Strangs mit dem zweiten Faserstrang erneut befädelt werden. Während des Füllvorgangs kann der Schalldämpfer horizontal oder in jeglichem anderen Winkel statt vertikal ausgerichtet sein. Das Gehäuse kann während des Füllvorgangs außerdem gedreht werden.
Die schalldämpfenden Materialien können zur selben Dichte statt zu verschiedenen Dichten eingefüllt werden.
Die innere und äußere Kammer kann mit einer Kombination verschiedener Fasern befüllt werden. Anders gesagt können abhängig von dem Temperaturprofil entlang dem Innengehäuse Niedertemperaturfasern in der inneren Kammer entlang dem Innengehäuse an einem nachgeschalteten Punkt angeordnet werden, an dem die Temperatur für ihre Eigenschaften annehmbar ist. Alternativ kann ein Abschnitt der äußeren Kammer mit den Hochtemperaturfasern befüllt werden.
Es ist außerdem möglich, mehr als zwei verschiedene Materialien zu benutzen. Beispielsweise könnte eine Höchsttemperaturglasfaser für die innerste Glasschicht benutzt sein, eine Zwischentemperaturglasfaser als Zwischenschicht und eine Niedrigsttemperaturglasfaser für die äußere Schicht. Mehrfache Abteilungen könnten zum Definieren von drei oder mehr Kammern benutzt sein, in die die verschiedenen Materialien zu füllen sind.
Der Direktfüllvorgang kann ohne das Ausüben eines Vakuums auf das Innengehäuse genutzt sein. In diesem Fall wird Luft in dem Innengehäuse aus dem nachgeschalteten Ende des Innengehäuses gedrückt.
Alternativ können die schalldämpfenden Materialien kristalline Keramikfasern, Edelstahlfasern oder Basaltfasern sein.

Claims

Schalldämpfer (100), umfassend: ein Außengehäuse (110), ein Innengehäuse (120), das einen Durchgang (126) definiert, wobei ein Abschnitt des Innengehäuses (120) in dem Außengehäuse (110) angeordnet ist und mit dem Außengehäuse (110) einen ersten Bereich (140), der dem Innengehäuse (120) benachbart ist, und einen zweiten Bereich (142) definiert, der dem ersten Bereich (140) benachbart ist, ein erstes schalldämpfendes Material (150), das in dem ersten Bereich (140) angeordnet ist, und ein zweites schalldämpfendes Material (152), das in dem zweiten Bereich (142) angeordnet ist, wobei sich das erste schalldämpfende Material (150) von dem zweiten schalldämpfenden Material unterscheidet und das erste und zweite schalldämpfende Material (150; 152) geeignet sind, akustisches Geräusch in einem Gas abzuschwächen, wenn es den Durchgang (126) durchläuft, wobei der erste Bereich (140) und der zweite Bereich (142) miteinander in Verbindung stehen, gekennzeichnet dadurch, dass der Schalldämpfer ferner eine Abteilung (130) umfasst, die in dem Außengehäuse (110) angeordnet ist, wobei die Abteilung den ersten und zweiten Bereich (140; 142) trennt und Perforierungen (132) zum Vorsehen einer Verbindung zwischen den Bereichen (140; 142) umfasst.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, wobei das erste schalldämpfende Material (150) eine größere Beständigkeit gegen thermische Schädigung als das zweite schalldämpfende Material (152) aufweist.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Innen- und das Außengehäuse (110; 120) im Allgemeinen zylindrisch sind, und wobei das Innengehäuse (120), das erste schalldämpfende Material (150) und das zweite schalldämpfende Material (152) konzentrisch in dem Außengehäuse (110) angeordnet sind.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste und zweite schalldämpfende Material (150; 152) unterschiedliche Dichten aufweisen.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste und zweite schalldämpfende Material (150; 152) Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern beinhalten.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste und zweite schalldämpfende Material (150; 152) aus Glasfasern ausgebildet sind.
Schalldämpfer nach Anspruch 6, wobei das erste und zweite schalldämpfende Material (150; 152) aus Fasern aus A-Glas, S-Glas, T-Glas, U-Glas, ECR-Glas, Standard E-Glas, Calcium-Aluminium-Silicat-Glas, Basaltglas und Basalt ausgewählt ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 7, wobei eines des ersten und zweiten schalldämpfenden Materials (150; 152) aus Fasern aus Calcium-Aluminium-Silicat-Glas gebildet ist.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die schalldämpfenden Materialien (150; 152) aus kristallinen Keramikfasern oder Edelstahlfasern ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Schalldämpfers (100), der ein Außengehäuse (110) und ein Innengehäuse (120) beinhaltet, das einen Durchgang definiert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Einfügen einer Abteilung (130) zwischen dem Außengehäuse (110) und dem Innengehäuse (120) zum Definieren eines ersten Bereichs (140) zwischen der Abteilung (130) und dem Außengehäuse (110) und eines zweiten Bereichs (142) zwischen der Abteilung (130) und dem Innengehäuse (120), Einspritzen eines ersten schalldämpfenden Materials (150) in den ersten Bereich (140) und Einspritzen eines zweiten schalldämpfenden Materials (152), das sich von dem ersten schalldämpfenden Material (150) unterscheidet, in den zweiten Bereich (142), wobei das erste und zweite schalldämpfende Material (150; 152) geeignet sind, akustisches Geräusch in einem Gas abzuschwächen, wenn es den Durchgang (126) durchläuft, wobei der erste Bereich (140) und der zweite Bereich (142) in dem fertig gestellten Dämpfer miteinander in Verbindung stehen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Einspritzens des ersten schalldämpfenden Materials (150) das Zuführen von Druckluft und einem fortlaufenden Strang (212) des ersten schalldämpfenden Materials (150) in eine Düse (242) beinhaltet, durch die sie in den ersten Bereich (140) geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Schritt des Einspritzens des zweiten schalldämpfenden Materials (152) das Zuführen von Druckluft und einem fortlaufenden Strang (212) des zweiten schalldämpfenden Materials (152) in eine Düse (242) beinhaltet, durch die sie in den zweiten Bereich (142) geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend den Schritt des Einspritzens des zweiten schalldämpfenden Materials (152) in den ersten Bereich (140).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner umfassend den Schritt des Einspritzens des ersten schalldämpfenden Materials (150) in den zweiten Bereich (142).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das erste schalldämpfende Material (150) zu einer Dichte in den ersten Bereich (140) eingespritzt wird, die sich von der Dichte unterscheidet, zu der das zweite schalldämpfende Material (152) in den zweiten Bereich (142) eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das erste schalldämpfende Material (150) und das zweite schalldämpfende Material (152) gleichzeitig eingespritzt werden.