DE69613788T2 - Schalldämpfer für einen Kühlmittelkompressor - Google Patents

Description

• Schalldämpfer für Kälteverdichter sind im Gegensatz zu Schalldämpfern für Verbrennungskraftmaschinen mit dem kühlenden Gas in einem geschlossenen System nominal bei einer Verdichter-Auslaßtemperatur und -druck. Die neuen Kältemittel müssen auf eine höhere Dichte verdichtet werden, um die gleichen Kapazitäten wie CFC - und HCFC - Kältemittel zu erreichen, so daß der Arbeitsdruck im Bereich von 2760 kPa (400 psi) sein kann. Demgemäß ist ein in dem Kühlsystem angeordneter Schalldämpfer außerhalb des Kompressors für einen Kälteverdichter in einem Druckkessel angeordnet, welcher Anforderungen zur strukturellen Integrität nahe denen eines Schalldämpfers für eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Dieses erfordert strukturelle Unterschiede, um höhere Anforderungen zu erreichen, und präsentiert zugehörige Änderungen bei Herstellung und Montage.
• Absorbierende Schalldämpfer, oft ausgekleidete Rohrleitung genannt, werden gewöhnlich in Luftverteilungssystemen und gelegentlich als Auspuff bei Verbrennungskraftmaschinen verwendet, insbesondere wenn die Aufgabe ist, höherfrequente Geräusche und Druckpulse zu reduzieren. Sie wurden im wesentlichen bei Kühlungssystemen mit Verdrängerkompressoren, selbst wenn ihre akustischen Eigenschaften es wünschenswert erscheinen ließen, aufgrund der speziellen Probleme gegeben durch die Kühlsystemumgebung nicht verwendet. Zum Beispiel: 1) das System ist geschlossen und enthält viele Präzisionsbauteile, daher sind Sauberkeit und Freiheit von Rückständen im Kühlsystem für den guten Betrieb des Systems wesentlich; 2) der Kompressorauslaß, bei dem der Schalldämpfer typischerweise angeordnet ist, ist bei einem hohen Druck und Temperatur (als 2760 kPa (400 psi) bei heute üblichen Kühlmitteln), weshalb der Schalldämpfer in einem Druckkessel angeordnet werden muß; 3) die meisten Systeme sind hermetisch geschlossen, und dies wird typischerweise durch Schweißen oder Hartlöten der metallischen Bauteile des Systems einschließlich der Schalldämpfergehäuse erreicht, weshalb absorbierende Werkstoffe den hohen, bei der Montage einwirkenden Temperaturen ohne Beschädigung standhalten müssen; 4) der typische Kompressorauslaß enthält eine große Menge an Schmieröl, welches dazu führt, die verwendeten absorbierenden Werkstoffe aufzuweichen, weshalb die Werkstoffe geeignete akustische Eigenschaften aufweisen müssen, wenn sie derart aufgeweicht sind, was bedeutet, daß nach konventionellen, veröffentlichten Leitlinien ausgewählte Werkstoffe nicht wirksam werden; 5) viele der neuen CFC- und HCFC-Ersatzkühlmittel und die speziell erforderlichen Öle, die mit ihnen verwendet werden sollen, sind chemisch aktiv und greifen viele traditionell verwendete, absorbierende Werkstoffe an; 6) die Strömung ist mehrfachpulsierend, und dies bewirkt große dynamische Kräfte im Schalldämpferinneren, was ein Verschlechtern und ein Zerfallen der Werkstoffe bei konventioneller Konfiguration verursacht.
• Daher erfordern diese Unterschiede im Vergleich zur konventionellen, absorbierenden Schalldämpfertechnologie eine unkonventionelle Werkstoffauswahl, strukturelle Unterschiede und Änderungen bei der Herstellung und den Montagetechniken.
• Ein vorgeformtes Glasfaserpaket umgibt die zur Verbindung mit dem Kompressorauslaß angepaßte, perforierte, innere Röhre zwischen dem Glasfaserpaket und der Röhre mit einer Schicht aus festem, hochtemperaturbeständigem Filzmaterial. Ein dünner Metallblechschlauch umgibt das Paket mit übergreifenden Kanten, so daß der Schlauch in Umfangsrichtung zusammengepreßt werden kann. Das Paketmaterial, wie vorgeformte Glasfasern mit einem speziellen Bindemittel und einer signifikant geringeren Dichte als die von konventionell bekannten, würde implizieren, daß es chemisch kompatibel zu den notwendigen Kältemitteln und Schmiermitteln ist, während es die benötigten akustischen Eigenschaften aufweist, wenn es durch Schmiermittel aufgeweicht ist. Der Schlauch weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, sich axial erstreckenden Rippen auf, die über den Großteil seiner Länge verlaufen und sich vom Rest des Schlauchs radial auswärts erstrecken. Die Rippen sind in Größe, Anzahl und Abstand ausgelegt, um eine gewünschte Vorspannung des Glasfaserpakets zu schaffen, wenn die den Schlauch umgebende Montage in den äußeren Druckkessel eingepreßt wird. Die gerundeten Enden der Rippen schaffen ein Nockenpressen, wenn die Montage an den Platz gepreßt wird, während die Rippen einen kleinen Oberflächenkontakt mit dem Inneren des Druckkessels schaffen, wodurch der Widerstand zum Einpressen reduziert wird. Dadurch daß die Glasfasern durch den Schlauch umgeben und geschützt sind, wird kein auf ein Kratzen an der inneren Röhre zurückzuführender Glasfaserzerfall während des Einpressens erzeugt. Auch werden die Glasfasern beim Einpressen nicht relativ zur inneren Röhre versetzt.
• In der US-A-5,101,930, auf der die zweiteilige Form des Anspruchs 1 basiert, ist ein Schalldämpfer zur Abschwächung von Pulsierungen in dem hydraulischen Fluid eines hydraulischen Lifts offenbart, welcher eine Vielzahl von zylindrischen, komprimierbaren, in einem Gehäuse angeordneten Elementen aus aufgeschäumtem, geschlossenzelligem Polyuräthan umfaßt, angeordnet in einem Gehäuse um einen zylindrischen Schirm, welcher einen zentralen Strömungsweg des hydraulischen Fluids durch den Schalldämpfer definiert. Eine geöffnete Schallwand ist im Schirm angeordnet. Die Schallwand bewirkt ein Strömen des Fluids durch den Schirm und kontaktiert die kompressiblen Elemente. Das Fluid strömt durch den Schirmabstrom der Schallwand aus.
• Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine Kompressionslast des Paketmaterials eines akustischen Schalldämpfers zu schaffen, während noch die Einfachheit der herstellenden Montage geschaffen wird.
• Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Mittel zum Schutz der brüchigen Glasfasern vor klebender Beschädigung durch die perforierte innere Röhre bei beidem, der Montage und während des Betriebs mit einer mehrfachpulsierenden Strömung zu schaffen.
• Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein nichtteures Mittel zum Liefern einer kompressiblen Vorspannung auf das Glasfaserpaketmaterial zu schaffen. Diese Aufgaben und andere, die hierin später ersichtlich werden, werden durch die vorliegende Erfindung, wie durch den unabhängigen Anspruch 1 definiert, erreicht.
• Grundsätzlich wird eine Unterbaugruppe der perforierten Röhre, dem Gewebematerial, dem umgebenden Glasfaserpaket und dem Schlauch gebildet. Der Schlauch kann in Umfangsrichtung kontaktieren und kann in Umfangsrichtung beabstandete, sich axial erstreckende Rippen auf der äußeren Oberfläche aufweisen, so daß, wenn die Unterbaugruppe in den Kessel durch Einpressen in den Druckkessel installiert wird, der Kontakt zwischen der Unterbaugruppe und dem Kessel auf die Rippen und die innere Oberfläche des Kessels begrenzt ist.
• Fig. 1 ist eine Explosionsansicht des Schalldämpfers;
• Fig. 2 ist eine Ausschnittsansicht des Schalldämpfers;
• Fig. 3 ist eine Endansicht eines Schlauchs; und
• Fig. 3A und 3B sind vergrößerte Ansichten von Bereichen in Fig. 3.
• In den Fig. 1 und 2 bezeichnet die Ziffer 10 grundsätzlich einen nach der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellten Schalldämpfer. Der Schalldämpfer 10 schließt einen aus einer Hülle 12-1 und Endkappen 12-2 und 12-3 aufgebauten Druckkessel 12 ein, welcher mit einer gasdichten Dichtung in dem zusammengebauten Schalldämpfer zusammengeschweißt ist. Wie am Besten in Fig. 2 gezeigt ist, erhalten die Endkappen 12-2 und 12-3 entsprechende Kupplungen 14 und 15, welche an der Stelle hartgelötet sind, um Unterbaugruppen bei der Montage des Schalldämpfers 10 zu bilden. Eine perforierte Röhre 20 ist im Schalldämpfer 10 angeordnet und schließt eine Vielzahl von Bohrungen 20-1 mit einem nominellen Durchmesser von 3,175 mm (0,125 Zoll) ein, welche ungefähr 40% offene Fläche in der Wand der Röhre 20 schaffen. Die Röhre 20 erhält die entsprechenden inneren Enden der Kupplungen 14 und 15 und definiert zusammen mit diesen einen Fluidweg durch den Schalldämpfer 10. Die äußere Oberfläche der perforierten Röhre 20 ist von einem Material umgeben, daß als ein Filter dient, in erster Linie um die Röhre 20 vor dem Eindringen des Zerfallenen und damit in das geschlossene Kältemittel-Zirkulationsystem zu schützen, ebenso wie die Glasfasern vom Verkleben oder dergleichen durch die Röhre 20 zu schützen, insbesondere durch die Perforationen 20-1. Nomex®-Stoff, welcher ein Aramid-Fasermaterial und feuer- und hitzebeständig ist, ist für den Schlauch oder die Ummantelung 22 geeignet, welcher die äußere Oberfläche der Röhre 20 überlagert. Vorzugsweise ist die Ummantelung 22 umgelegt und zusammengefügt. Die Glasfasern mit einem phenolischen Bindemittel bilden das Paket, welches in Form einer Hälfte eines Zylinders ausgebildet ist. Die Zylinderhälften 24-1 und 24-2 bilden zusammen das Paket 24, welches einen kreisförmigen Zylinder bildet, der die Ummantelung 22 überlagert.
• Wie am Besten in den Fig. 3, 3A und 3B gezeigt ist, besteht der Vorspannschlauch 30 aus einem dünnen Metallblechschlauch mit in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Rippen 30-3, die über den Großteil der Länge verlaufen. Die Kante 30-1 überlagert die Kante 30-2, um eine überlagernde Zusammenfügung mit der Umwandlung 30-4 zu bilden, welche der überlagernden Zusammenfügung erlaubt, und welche in Umfangsrichtung eine Beule an der Überlagerung vermeidet. Die Kanten 30-1 und 30-2 können sich entsprechend zueinander in Umfangsrichtung bewegen, um den Umfang des Schlauchs 30 zu expandieren oder zu kontrahieren. Der Schlauch 30 weist einen nominell einheitlichen ersten Durchmesser mit den Rippen 30-3 auf, welche einen zweiten, größeren Durchmesser wirkungsvoll definieren. Der freie Durchmesser des Schlauchs 30 ist größer als der Durchmesser der Bohrung der Hülle 12-1.
• Bei der Montage des Schalldämpfers 10 wird die zusammengefügte und umgelegte Ummantelung 22 über der perforierten Röhre 20 angeordnet. Die Zylinderhälften 24-1 und 24-2, welche das Glasfaserpaket 24 aufbauen, sind eine Unterbaugruppe bildend über der Ummantelung 22 angeordnet, welche danach im Vorspannschlauch 30 angeordnet ist. Wie oben angemerkt, ist der Vorspannschlauch 30 in Umfangsrichtung einstellbar, so daß er leicht expandiert wird, um zu erhalten oder um über der durch die Röhre 20, die Ummantelung 22 und dem Paket 24 definierten Unterbaugruppe angeordnet zu werden. Mit dem über dem Paket 24 angeordneten Vorspannschlauch 30 sind der Schlauch 30 und das unterlagerte Paket 24 hinreichend zusammengepreßt, um einen Einsatz des Endes des Schlauchs 30 in die Hülle 12-1 des Druckkessels 12 oder alternativ ein Beginnen des Anordnens der Hülle 12-1 über dem Schlauch 30 zu erlauben. Die Rippen 30- 3 weisen einen wirksam größeren Durchmesser als der Rest des Schlauchs 30 auf, so daß eine weitere Kompression des Schlauchs 30 und des Pakets 24 erforderlich ist, um ein Einführen der Rippen 30-3 zu erlauben. Die Rippen sind in Größe, Anzahl und Abstand ausgeführt, um eine gewünschte Vorspannung des Glasfaserpakets zu schaffen. Weil die Enden der Rippen 30-3 abgerundet sind, dienen sie zusätzlich als Nocken beim Führen des Schlauchs 30 in die Hülle 12-1, wodurch eine kleine Oberfläche zum einfacheren Einpressen des Schlauchs 30 in die Hülle 12-1 geschaffen wird. Es sollte leicht dargelegt sein, daß kein Glasfaserzerfall durch Kratzen der äußeren Oberfläche des Glasfaserpakets 24 beim Einsatz des Schlauchs 30, der das Paket 24, die Ummantelung 22 und die Röhre 20 enthält, in die Hülle 12-1 erzeugt wird. Auch begründen die überlagerten Kanten 30-1 und 30-2 durch Erlauben der Kompression des Schlauchs 30, um seinen Einsatz in die Hülle 12-1 zu erlauben, zusätzlich eine Inhärenz hinsichtlich Toleranzen bei dem inneren Durchmesser 12-1, der Dicke des Schlauchs 30, der Höhe der Rippen 30-3 und dem äußeren Durchmesser des Pakets 24. Zu jeder Zeit sind die Kupplungen 14 und 15 an die Endkappen 12-2 und 12-3 hartgelötet, und wenn der Schlauch 30, das Paket 24, die Ummantelung 22 und die Röhre 20 an der Stelle in der Hülle 12-1 sind, werden die Endkappen 12-2 und 12-3 hartgelötet, die die entsprechenden Kupplungen 14 und 15 enthalten, an der Stelle auf der Hülle 12-1 geschweißt, um den Druckkessel 12 und den vollständigen Schalldämpfer 10 zu bilden.
• Zusammenfassend erlaubt die vorliegende Erfindung die Montage und die Verwendung eines Schalldämpfers, der ein Glasfaserpaket in einem geschlossenen Kältesystem enthält, ohne Glasfaserzerfall zu erzeugen oder seine Bewegung in das geschlossene Kältesystem zu erlauben.
• Die Initialmontage kann mit Teilen ausgeführt werden, die eine Spielpassung aufweisen aber gesichert sind, und deren Glasfasern durch die Expansion der Röhre 20 gespannt sind.

Claims (6)

1. Schalldämpfer, welcher umfaßt:

Einen Druckkessel (12), der einen Einlaß und einen Auslaß mit einem Strömungsweg dazwischen aufweist;

eine in dem Kessel (12) angeordnete, perforierte Röhre (20), die einen Bereich des Strömungswegs definiert;

einen in dem Druckkessel (12) um die perforierte Röhre (20) angeordneten absorbierenden Werkstoff,

dadurch gekennzeichnet, daß der absorbierende Werkstoff ein Glasfaserpaket ist, daß eine hitzebeständige Faserummantelung (22) um die perforierte Röhre (20) zwischen der Röhre (20) und dem Glasfaserpaket (24) angeordnet ist, und daß ein in Umfangsrichtung einstellbarer Schlauch (30) innerhalb des Druckkessels (12) um das Glasfaserpaket (24) herum angeordnet ist und einen Preßsitz mit dem Druckkessel (12) aufweist und das Glasfaserpaket (24) zur Kopplung mit den Fasern und damit mit der Röhre (20) zusammenpreßt.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkessel (12) einen zylindrischen Hüllenbereich (12-1) einschließt und der Schlauch (30) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, sich axial erstreckenden Rippen (30-3) einschließt, welche den Hüllenbereich in der Preßpassung koppeln.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserpaket (24) in der Form zwei Abschnitte eines ringförmigen Zylinders (24-1, 24-2) bildet.

4. Verfahren zur Montage des Schalldämpfers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Umfassen der Schritte:

A) Bilden einer Unterbaugruppe unter Durchführen der seriellen Schritte von:

a) Anordnen der hitzebeständigen Faserummantelung (22) über der perforierten Röhre (20),

b) Anordnen des Glasfaserpakets (24) über der Ummantelung (22),

c) Platzieren des in Umfangsrichtung einstellbaren Schlauchs (30) über dem Paket, um dadurch die Unterbaugruppe zu bilden;

B) Kontrahieren des Schlauchs (30) in Umfangsrichtung und Platzieren der Unterbaugruppe in der Bohrung einer Hülle (12-1) des Druckkessels (12) in einem Festsitz; und

C) Zusammenfügen der Endkappen (12-2; 12-3) an die Hülle (12-1), um damit die Montage des Schalldämpfers zu vervollständigen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserummantelung (22) vor dem Platzieren über der Röhre (20) umgelegt und zusammengefügt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (14, 15) an den Endkappen (12-2; 12-3) vor dem Sichern der Endkappen an der Hülle (12-1) gesichert werden.