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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer zum Dämpfen von Lärm, der durch eine pneumatische
Vorrichtung erzeugt wird. Genauer betrifft sie einen Schalldämpfer mit
verringerter Größe, der
einen akustischen Absorptionseinsatz umfasst, zur Verwendung mit
einer pneumatischen Vorrichtung, die einen limitierten verfügbaren Bereich
für die
Schalldämpferanordnung
aufweist.
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Eine
breite Vielfalt von verschiedenen Vorrichtungen wird pneumatisch
gesteuert und/oder betätigt. Derartige
Vorrichtungen enthalten Verarbeitungsanlagen, die eine oder mehrere
Pneumatikventilbänke
umfassen, pneumatische Roboteranwendungen, pneumatische Prüfanlagen,
pneumatische Handwerkzeuge, Pumpen, usw. Grundsätzlich wird ein Strom eines
Druckfluids, nomalerweise Luft, verwendet, um einen Mechanismus
wie etwa einen Verbindungsarm zu betätigen oder zu bewegen, was
zu einer gewünschten
Ausgangsleistung führt.
Je nach der bestimmten Anwendung werden typischerweise ein oder
mehrere Pneumatikventile benutzt, um die Druckluft zu einer gewünschten
Stelle innerhalb der Vorrichtung zu richten, wie auch, um die Luft durch
eine Auslassöffnung
freizugeben. Da die Luft mit Druck beaufschlagt ist und die Auslassöffnung verhältnismäßig klein
ist, bewegt sich die abgelassene Luft normalerweise mit einer hohen
Geschwindigkeit. Wenn die Hochgeschwindigkeitsluft in verhältnismäßig unbewegliche
Luft strömt,
wird der Luftstrom wirbelig. Wirbel, die mit dem nun wirbeligen
Luftstrom verbunden sind, erzeugen Druckschwankungen, was zu Auslasslärm führt.
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Je
nach der bestimmten Anwendung kann der Auslasslärm auf einen unannehmbaren
Pegel ansteigen, was möglicherweise
zu einem lärmverursachten
Gehörverlust
führt.
Als Bezugspunkt verlangen die Normen der Vereinigten Staa ten einen
Gehörschutz
für Personen,
die für
einen Zeitraum von acht Stunden ununterbrochenen Lärmpegeln
von mehr als 85 Dezibel (dB) ausgesetzt sind. Internationale Normen
verlangen einen Gehörschutz
für Lärmpegel über 80 dB
für einen
Zeitraum von acht Stunden. Bemerkenswerterweise kann Auslasslärm mit weniger
als 80 dB oder unterbrochener Lärm
mit Pegeln von mehr als 80 dB gleichermaßen störend und schädlich sein.
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Verschiedenste
Techniken können
eingesetzt werden, um die Wirkung von Auslasslärm, der durch eine pneumatische
Vorrichtung erzeugt wird, auf ein Mindestmaß zu verringern. Zum Beispiel
kann eine Person, die in nächster
Nähe zur
Vorrichtung arbeitet, mit einem Gehörschutz ausgestattet sein.
Unglücklicherweise
kann die Bedienungsperson vergessen, den Gehörschutz zu tragen, oder einfach
beschließen,
ihn aufgrund von empfundenen Unbequemlichkeiten nicht zu verwenden.
Zusätzlich
werden andere Arbeiter in der Nähe
oder Besucher, die keinen Gehörschutz
tragen, den gleichen lärmbedingten
Bedenken ausgesetzt sein. Alternativ kann eine Schallsperre oder
ein Gehäuse
um die Vorrichtung angeordnet werden. In vielen Fällen ist
dieser Ansatz jedoch sowohl vom Standpunkt der Kosten her als auch
aufgrund des Umstands, dass eine äußere Sperre den richtigen Betrieb
der Vorrichtung übermäßig erschweren
kann, nicht praktikabel. Ein dritter, praktischerer Ansatz ist,
einen Schalldämpfer
oder einen Geräuschdämpfer an
die Auslassöffnung
anzuschließen.
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Allgemein
ausgedrückt
dämpfen
Schalldämpfer,
die pneumatische Vorrichtungen betreffen, Lärm, indem sie eine Sperre für den Luftstrom
bieten, Schallwellen absorbieren, oder beides vornehmen. Bei den
meisten handelsüblichen
Anwendungen weist ein typischer pneumatischer Schalldämpfer ein
zylinderförmiges
Gehäuse
auf, das zur Anbringung an der Auslassöffnung gestaltet ist. Das Gehäuse definiert
eine oder mehrere innere Kammern, durch die Luft von der Auslassöffnung gerichtet
wird. Ferner ist im Inneren des Gehäuses normalerweise eine Luftstromsperre
und/oder ein Schallabsorptionseinsatz angeordnet. Schließlich bildet
das Gehäuse
normalerweise einen oder mehrere Luftstromdurchgänge oder Öffnungen, durch die Luft vom
Schalldämpfer
freigegeben (oder abgelassen) wird. Zur Verwendung als Einsatz steht
eine breite Vielfalt von Materialien zur Verfügung, die von Metallen und
Stoff bis zu Verbundmaterialien reicht. Zum Beispiel sind von der Minnesota
Mining & Manufacturing
Company, St. Paul, Minnesota, verschiedene pneumatische Schalldämpferprodukte
erhältlich,
die von einem austauschbaren akustischen Sperreinsatz Gebrauch machen.
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Ungeachtet
der genauen Gestaltung müssen
zwei wichtige Parameter berücksichtigt
werden, wenn die Leistung eines pneumatischen Schalldämpfers bewertet
wird. Erstens muß der
Schalldämpfer
den Auslasslärm
auf einen annehmbaren Pegel limitieren. Zusätzlich muß jedweder Gegendruck, der
durch den Schalldämpfer
verursacht wird, in Betracht gezogen werden. Mit einfachsten Worten
wird ein Teil des gesamten Systemdrucks benötigt, um einen gegebenen Luftstrom
durch den Schalldämpfer
zu schieben. Dieser Druck wird als der "Gegendruck" des Schalldämpfers bezeichnet. Je nach
der bestimmten Anwendung und dem Pegel des Gegendrucks kann die
Gesamtleistung der pneumatischen Vorrichtung stark verringert werden.
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Es
ist wohlbekannt, dass die Lärmdämpfung und
die Verringerung des Gegendrucks auf ein Mindestmaß in einer
umgekehrten Beziehung stehen. Das heißt, die Lärmverringerungseigenschaft
eines bestimmten pneumatischen Schalldämpfers kann durch die Aufnahme
eines zusätzlichen,
oder eines dichteren, Einsatzmaterials verbessert werden. Doch dieses
zusätzliche
Material oder diese Materialdichte wird wahrscheinlich den Gegendruck
erhöhen
und dadurch die Nützlichkeit
des Schalldämpfers
verringern. Unter Bedachtnahme auf diese Beziehung können die
Lärmdämpfung und
der Gegendruck optimiert werden, indem das Schalldämpfergehäuse und
das zugehörige
Einsatzmaterial so gestaltet werden, dass sie verhältnismäßig groß sind. Zum
Beispiel weisen die meisten im Handel erhältlichen pneumatischen Schalldämpfer eine
Länge im
Bereich von 4 bis 8 Inch (102 bis 203 mm) und einen Außendurchmesser
im Bereich von 1,5 bis 4 Inch (38 bis 102 mm) auf. Um den Luftstrom
vom Schalldämpfer
auf ein Höchstmaß zu bringen
(und daher den Gegendruck auf ein Mindestmaß zu bringen), weist das Gehäuse des
pneumatischen Schalldämpfers
typischerweise eine Serie von umfänglichen Schlitzen entlang
der Gehäuseseitenwand
auf. Daher dient das Gehäuse
selbst normalerweise nur als eine Teilsperre für den Luftstrom und die Schallwellen.
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Pneumatische
Schalldämpfer,
die sich an die oben beschriebenen Abmessungseigenschaften halten, haben
sich beim Dämpfen
von pneumatischen Auslasslärm
mit minimalem Gegendruck als höchst
wirkungsvoll erwiesen. Unglücklicherweise
stellen bestimmte Anwendungen von pneumatischen Vorrichtungen jedoch keinen
ausreichenden Einbauraum zur Anbringung dieser verhältnismäßig großen Schalldämpfer bereit.
Zum Beispiel weisen bestimmte Arten von Verarbeitungsanlagen (z.B.
eine Postsortiervorrichtung) eine Ventilbank auf, die eine große Anzahl
von Pneumatikventilen (und daher Auslassöffnungen) umfasst, welche in
nächster Nähe zueinander
angeordnet sind. Häufig
weisen die Ventilauslassöffnungen
eine Beabstandung von Zentrum zu Zentrum von weniger als 1,5 Inch
(38 mm) auf. Es liegt auf der Hand, dass die Grössen der oben beschriebenen "Standard" schalldämpfer ihre
Verwendung bei diesen Anwendungen mit limitiertem Einbauraum verhindern,
da es unmöglich
ist, zwei der Schalldämpfer
nebeneinander anzubringen. Wenn das Schalldämpfergehäuse verhältnismäßig lang ist und sich eine
beträchtliche
Entfernung von der pneumatischen Vorrichtung erstreckt, nimmt zudem
die Möglichkeit
für eine
Bedienungsperson, unbeabsichtigt mit dem Schalldämpfer in Kontakt zu treten
und diesen möglicherweise
zu zerbrechen oder auf andere Weise zu beschädigen, zu nehmend überhand.
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Es
wurden Anstrengungen unternommen, die mit dicht aneinanderliegenden
Auslassöffnungen
von Pneumatikventilen verbundenen Einbauraumprobleme zu überwinden.
Zum Beispiel kann an jede der Auslassöffnungen eine Rohrleitung angeschlossen
werden und dann zu einem einzelnen Schalldämpfer an einer von den Auslassöffnungen
entfernten Stelle geführt
werden. Diese Technik ist teuer und zeitaufwendig und führt wahrscheinlich
zu einem verbietenden Gegendruck. Alternativ wurden Versuche unternommen,
ein zylinderförmiges
Schalldämpfergehäuse herzustellen,
das ein Sperrmaterial wie etwa gesintertes Messing oder Filz enthält. Obwohl
eine Serie dieser so gestalteten Schalldämpfer nebeneinander an einer
Ventilbank mit beschränktem
Einbauraum angebracht werden kann, kann das notwendigerweise kleine
Volumen des gewählten Einsatzmaterials,
das jedem der einzelnen Schalldämpfer
zugehörig
ist, den Luftstrom nicht verändern und/oder
Lärm nicht
absorbieren, um eine ausreichende Lärmverringerung bereitzustellen.
Besonders betroffen sind Anwendungen mit verhältnismäßig fortlaufender Ventilkreislaufführung. Häufig benötigen diese
Vorrichtungen eine verhältnismäßig geringe
Lärmverringerung
(z.B. im Bereich von 5 dB für
den Lärmpegel
eines offenen Auslasses von 90 dB) pro Auslassöffnung, doch sind sie hinsichtlich
des Gegendrucks höchst
empfindlich. Die im Handel erhältlichen
Schalldämpfer
mit verringerter Größe können für eine möglicherweise
annehmbare Lärmverringerung
sorgen, können
aber einen äußerst hohen
Gegendruck erzeugen, und können daher
nicht verwendet werden.
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Schalldämpfer zur
Verwendung zum Dämpfen
von Lärm,
der durch pneumatische Vorrichtungen erzeugt wird, sind anhaltend äußerst beliebt.
Doch wenn die bestimmte pneumatische Vorrichtung einen sehr limitierten
Einbauraum zur Aufnahme des Schalldämpfers aufweist, können keine
Schalldämpfer
mit "Standard"größe verwendet
werden. An strengungen zum Gestalten eines praktikablen, pneumatischen
Schalldämpfers
mit verringerter Größe waren
vergeblich. Daher besteht ein Bedarf an einem pneumatischen Schalldämpfer mit
annehmbaren Lärmverringerungs- und Gegendruckeigenschaften,
der in seiner Größe zur Verwendung
mit Anwendungen mit beschränkten
Freiräumen
bemessen ist.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Schalldämpfer zum
Dämpfen
von Lärm, der
an einer Auslassöffnung
einer pneumatischen Vorrichtung erzeugt wird. Der Schalldämpfer weist
ein Gehäuse,
eine Basis und einen akustischen Absorptionseinsatz auf. Das Gehäuse definiert
ein stromaufwärts
gelegenes Ende und ein stromabwärts
gelegenes Ende. Das stromabwärts
gelegene Ende ist geschlossen. Ferner verjüngt sich mindestens ein Abschnitt
des Gehäuses
zum stromabwärts
gelegenen Ende hin im Durchmesser. Die Basis ist am stromaufwärts gelegenen
Ende am Gehäuse
angebracht und weist ein Rohr zum Richten von Luft von der Auslassöffnung in
das Gehäuse
auf. Schließlich
ist der akustische Absorptionseinsatz im Inneren des Gehäuses angeordnet.
Der Einsatz weist eine Bahn von Fasern auf, die gestaltet ist, um
Schallwellen zu absorbieren.
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Vor
der Verwendung wird der Schalldämpfer
derart an der pneumatischen Vorrichtung angebracht, dass das Rohr
in einer Fließverbindung
mit der Auslassöffnung
steht. Druckluft und Schallwellen werden von der Auslassöffnung über das
Rohr in das Gehäuse
gerichtet. Genauer treten der Luftstrom und die Schallwellen mit
dem akustischen Absorptionseinsatz in Wechselwirkung. Der akustische
Absorptionseinsatz absorbiert mindestens einen Teil der Schallwellen.
In dieser Hinsicht steigert die verjüngte Gestaltung des Gehäuses die Wechselwirkung
der Schallwellen mit dem Einsatzmaterial und fördert sie die Schallwellenphasenauslöschung,
wodurch der Lärm weiter
verringert wird. Bemerkenswerterweise erzeugt der akustische Absorptionseinsatz
in Verbindung mit der verjüngten
Form des Gehäuses
einen minimalen Gegendruck.
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Ein
anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft einen
Schalldämpfer
zum Dämpfen
von Lärm,
der an der Auslassöffnung
einer pneumatischen Vorrichtung erzeugt wird. Der Schalldämpfer weist
ein Gehäuse,
eine Basis und einen akustischen Absorptionseinsatz auf. Das Gehäuse definiert
ein stromaufwärts gelegenes
Ende und ein stromabwärts
gelegenes Ende, wobei das stromabwärts gelegene Ende geschlossen ist.
Ferner weist das Gehäuse
eine höchste
Breite von weniger als 1,5 Inch (38 mm) auf. Zum Beispiel ist das Gehäuse in einer
bevorzugten Ausführungsform
in seinem querlaufenden Querschnitt kreisförmig und weist es daher einen
höchsten
Durchmesser von weniger als 1,5 Inch (38 mm) auf. Die Basis ist
am stromaufwärts gelegenen
Ende am Gehäuse
befestigt und weist ein Rohr zum Richten von Luft von der Auslassöffnung in das
Gehäuse
auf. Schließlich
ist der akustische Absorptionseinsatz im Inneren des Gehäuses angeordnet. Das
Einsatzmaterial weist eine Bahn von Fasern auf, die gestaltet ist,
um Schallwellen zu absorbieren.
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Vor
der Verwendung wird der Schalldämpfer
derart an der pneumatischen Vorrichtung angebracht, dass das Rohr
in einer Fließverbindung
mit der Auslassöffnung
steht. Der limitierte höchste
Durchmesser des Gehäuses
erleichtert, dass der Schalldämpfer
in einem beschränkten
Bereich angebracht wird. Ferner kann eine Serie von gleichartig
gestalteten Schalldämpfern
nebeneinander an einer Pneumatikventilbank angebracht werden, die
dicht aneinanderliegende Auslassöffnungen
aufweist. Luft und Schallwellen, die den Schalldämpfer betreten, werden in einen
Kontakt mit dem akustischen Absorptionseinsatz gerichtet. Der akustische Absorptionseinsatz
absorbiert einen Teil der Schallwällen, wodurch der Lärm, der
an dernfalls an der Auslassöffnung
erzeugt würde,
bei minimalem Gegendruck limitiert wird.
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Noch
ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft einen
Schalldämpfer
zum Dämpfen
von Lärm,
der an einer Auslassöffnung
einer pneumatischen Vorrichtung erzeugt wird. Der Schalldämpfer weist
ein Gehäuse,
eine Basis und einen akustischen Absorptionseinsatz auf. Das Gehäuse definiert
ein stromaufwärts
gelegenes Ende und ein stromabwärts
gelegenes Ende, wobei das stromabwärts gelegene Ende geschlossen
ist. Ferner verjüngt
sich das Gehäuse
von einer höchsten
Breite von weniger als 1,5 Inch (38 mm) am stromaufwärts gelegenen
Ende zum stromabwärts
gelegenen Ende hin. Zum Beispiel ist das Gehäuse in einer bevorzugten Ausführungsform
in seinem querlaufenden Querschnitt kreisförmig und weist es daher einen
höchsten
Durchmesser von weniger als 1,5 Inch (38 mm) auf. Die Basis ist
am stromaufwärts
gelegenen Ende am Gehäuse
befestigt und weist ein Rohr zum Richten von Luft von der Auslassöffnung in
das Gehäuse
auf. Schließlich
ist der akustische Absorptionseinsatz im Inneren des Gehäuses angeordnet.
Der Einsatz weist eine Bahn von Fasern auf, die gestaltet ist, um
Schallwellen zu absorbieren. Aufgrund des verhältnismäßig kleinen Durchmessers des
Gehäuses
kann der Schalldämpfer
an einer pneumatischen Vorrichtung angebracht werden, die einen
limitierten Schalldämpfereinbauraum
aufweist. Im Anschluß an
die Montage an die pneumatische Vorrichtung richtet das Rohr Luft
und Schallwellen von der Auslassöffnung
in einen Kontakt mit dem akustischen Absorptionseinsatz im Inneren
des Gehäuses.
Der akustische Absorptionseinsatz wiederum absorbiert mindestens
einen Teil der Schallwellen. In dieser Hinsicht erleichtert die
verjüngte Form
des Gehäuses
die Schallwellenauslöschung
und die erhöhte
Wechselwirkung der Schallwellen mit dem akustischen Absorptionseinsatz.
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EINFACHE ERKLÄRUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schalldämpfers nach der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Gehäuseabschnitts
des Schalldämpfers
von 1;
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3A ist
eine vergrößerte Endansicht
eines Basisabschnitts des Schalldämpfers von 1;
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3B ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Basis von 3A entlang der Linie B-B;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Schalldämpfers
von 1;
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5 ist
eine seitliche Aufrissansicht einer pneumatischen Vorrichtung, die
Schalldämpfer
nach der vorliegenden Erfindung umfasst; und
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6 ist
eine vergrößerte seitliche
Querschnittansicht eines Abschnitts der Vorrichtung von 5,
die den Luftstrom durch einen Schalldämpfer darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Schalldämpfers 20 ist
in 1 gezeigt. Der Schalldämpfer 20 weist ein
Gehäuse 22,
eine Basis 24 und einen akustischen Absorptionseinsatz
(nicht gezeigt) auf. Allgemein ausgedrückt ist die Basis 24 am
Gehäuse 22 befestigt.
Ferner ist der akustische Absorptionseinsatz im Inneren des Gehäuses 22 angeordnet.
Als Bezugspunkt betritt nach der endgültigen Montage Luft den Schalldämpfer 20 an
einem Rohr 26, das in der Basis 24 ausgebildet
ist, und strömt
in das Innere des Gehäuses 22.
Unter Bedachtnahme auf diesen allgemeinen Luftstrom (in 1 durch
einen Pfeil dargestellt) wird auf verschiedene Bestandteile des
Schalldämpfer 20 über diese
Beschreibung hin weg als "stromaufwärts" oder "stromabwärts" voneinander gelegen
verwiesen werden. Es versteht sich, dass diese Richtungsterminologie
nur zu Veranschaulichungszwecken verwendet wird und in keinster
Weise beschränkend
ist. Es ist zu beachten, dass der Luftstrom wie nachstehend beschrieben
in einer bevorzugten Ausführungsform
nach dem Durchgang durch das Rohr 26 durch das Gehäuse 22 in
eine Richtung abgelenkt oder auf andere Weise gerichtet wird, die
im Allgemeinen entgegengesetzt zu jener des Pfeils in 1 verläuft.
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Das
Gehäuse 22 ist
in 2 ausführlicher
gezeigt. Das Gehäuse 22 weist
eine Seitenwand 30 und eine Endwand 32 auf, die
sich zusammenschließen,
um ein stromaufwärts
gelegenes Ende 34 und ein stromabwärts gelegenes Ende 36 zu
definieren. Wie in 2 gezeigt ist das stromaufwärts gelegene
Ende 34 wie durch die Seitenwand 30 definiert
vorzugsweise offen. Umgekehrt ist das stromabwärts gelegene Ende 36,
das durch die Endwand 32 definiert ist, vorzugsweise geschlossen.
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Die
Seitenwand 30 ist vorzugsweise fortlaufend. Das heißt, die
Seitenwand 30 bildet keine Öffnungen oder andere Luftstromdurchgänge (andere
als das stromaufwärts
gelegene Ende 34). Daher dient die Seitenwand 30 als
eine im Wesentlichen vollständige
Sperre für
den Luftstrom und die Schallwellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist mindestens ein Abschnitt der Seitenwand 30 stumpfkegelig. Zum
Beispiel kann die Seitenwand 30 wie in 2 gezeigt
durch einen ersten Abschnitt 38, der im Wesentlichen zylinderförmig ist,
und einen zweiten Abschnitt 40, der im Wesentlichen stumpfkegelig
ist, definiert sein. Genauer erstreckt sich der zweite Abschnitt 40 in
einer stromabwärts
gerichteten Weise vom ersten Abschnitt 38, wobei er sich
zur Endwand 32 hin im Durchmesser verjüngt. Unter Bezugnahme auf die
in 2 gezeigte Längsschnittsansicht
bildet eine Verjüngung
der Seitenwand 30 am zweiten Abschnitt 40 einen
eingeschlossenen Winkel im Bereich von ungefähr 20 ° bis 70 °; vorzugsweise 30 ° bis 50 °; und insbesondere
40 °. Obwohl das
Gehäuse 22 als
vorzugsweise zylinderförmig
und/oder stumpfkegelig (und daher im querlaufenden Querschnitt kreisförmig) beschrieben
wird, sind andere Formen annehmbar. Zum Beispiel kann das Gehäuse 22 im querlaufenden
Querschnitt dreieckig, quadratisch, rechteckig, usw. sein.
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Schließlich ist
die Seitenwand 30 vorzugsweise zur Anbringung an der Basis 24 (1)
gestaltet. Zum Beispiel bildet die Seitenwand 30, und insbesondere
der erste Abschnitt 38, in einer bevorzugten Ausführungsform
einen aufnehmenden Bereich 42 neben dem stromaufwärts gelegenen
Ende 34. Der aufnehmende Bereich 42 weist eine
Führungsoberfläche 44,
eine Eingriffsoberfläche 46 und
einen radialen Anschlag 48 auf. Die Führungsoberfläche 44 weist
einen etwas geringeren Durchmesser als ein entsprechender Abschnitt
der Basis 24 auf, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird,
und verjüngt
sich vorzugsweise, um die Anbringung an der Basis 24 zu
erleichtern. Die Eingriffsoberfläche 46 ist
so in der Größe bemessen,
dass sie einen Abschnitt der Basis 24 reibend aufnimmt.
Schließlich
ist der radiale Anschlag 48 so in der Größe bemessen, dass
er die Basis 24 fest positioniert. Alternativ können andere
Eingriffstechnicken eingesetzt werden, so dass der aufnehmende Bereich 42 als
im Wesentlichen geradlinig gestaltet ist. Der aufnehmende Bereich 42 kann ferner
sogar gänzlich
beseitigt sein, wenn alternative Anbringungsanordnungen, wie etwa
zum Beispiel ein Klebstoff, benutzt werden.
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Die
Endwand 32 ist zur Erleichterung der Herstellung vorzugsweise
verhältnismäßig flach
(wie in 2 gezeigt ist). Alternativ kann
die Endwand 32 andere Gestaltungen annehmen. Zum Beispiel
kann die Endwand 32 halbkugelförmig sein oder eine andere
gewölbte
Gestaltung aufweisen. Ungeachtet der genauen Form ist die Endwand 32 vorzugsweise
geschlossen, so dass sie keinerlei Luftstromdurchgänge oder Öffnungen
bildet. Daher bietet die Endwand 32 eine im Wesentlichen
vollständige
Sperre für
den Luftstrom und Schallwellen.
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Die
verschiedenen Abschnitte des Gehäuses 22 sind
vorzugsweise einstückig
aus einem verhältnismäßig starren
Material gebildet. Zum Beispiel ist das Gehäuse 22 in einer bevorzugten
Ausführungsform
ein Formpolymer, vorzugsweise Polyamid (Nylon 6,6, 33 Gew.% glasverstärkt). Alternativ
können
andere Polymere wie etwa Polypropylen nützlich sein. Im Wesentlichen
kann das Gehäuse 22 jedes
beliebige formbare oder bearbeitbare Material wie etwa, zum Beispiel,
ein Keramikmaterial, Stahl oder Aluminium, und Kombinationen oder
Zusammensetzungen davon sein.
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Als
Ganzes genommen ist das Gehäuse 22 vorzugsweise
zur Verwendung mit einer pneumatischen Vorrichtung bemessen, die
einen limitierten Schalldämpferanschlußbereich
oder -einbauraum aufweist. Genauer weist das Gehäuse 22 eine (durch
eine äußere Breite
der Seitenwand 30 definierte) höchste Breite auf, die weniger
als 1,5 Inch (38 mm); und vorzugsweise weniger als 1 Inch (25 mm)
beträgt.
Unter Bezugnahme auf die eine bevorzugte Ausführungsform ist das Gehäuse im querlaufenden
Querschnitt kreisförmig,
so dass die höchste
Breite ein (durch einen äußeren Durchmesser
der Seitenwand 30 am ersten Abschnitt 38 definierter)
Durchmesser von weniger als 1,5 Inch (38 mm); und vorzugsweise weniger
als 1 Inch (25 mm) ist. Zum Beispiel weist das Gehäuse 22 in
einer bevorzugten Ausführungsform
im ersten Abschnitt 38 stromabwärts des radialen Anschlags 48 einen
Außendurchmesser
von 0,96 Inch (24,4 mm) auf. Ferner ist eine innere Oberfläche der
Seitenwand 30 sowohl im ersten Abschnitt 38 als
auch im zweiten Abschnitt 40 verhältnismäßig gleichmäßig (wie durch die Querschnittsansicht
von 2 gezeigt ist). Unter Bedachtnahme auf diesen
Umstand weist die Seitenwand 30 im ersten Abschnitt 38 vorzugsweise
eine innere Breite (vorzugsweise einen Durchmesser) im Bereich von
ungefähr
0,5 bis 1,0 Inch (12,7 bis 25 mm); und insbesondere etwa 0,65 bis
0,85 Inch (16,5 bis 21,6 mm) auf. Zum Beispiel weist die Seitenwand 30 in
einer bevorzugten Ausführungsform
im ersten Bereich 38 einen Innendurchmesser von 0,78 Inch
(19,8 mm) auf.
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Ein
zusätzliches
Merkmal des Gehäuses 22 ist
eine Wanddicke. Um die Anbringung an der Basis 24 (1)
zu erleichtern, weist der erste Abschnitt 38 der Seitenwand 30 vorzugsweise
eine wechselnde Dicke auf. Die Dicke der Seitenwand 30 im
zweiten Abschnitt 40 ist jedoch verhältnismäßig gleichmäßig und liegt im Bereich von
ungefähr
0,03 bis 0,09 Inch (0,76 bis 2,29 mm); vorzugsweise etwa 0,05 bis
0,07 Inch (1,27 bis 1,78 mm); und insbesondere 0,06 Inch (1,52 mm).
Die Endwand 32 ist vorzugsweise zu einem identischen Dickenbereich
aufgebaut. Bei einem richtig ausgewählten Material für das Gehäuse 22 führen die
obigen Dickenparameter dazu, dass das Gehäuse 22 eine wesentliche
Sperre für
den Luftstrom und Schallwellen darstellt. Daher wird in einer bevorzugten
Ausführungsform
durch ein aus Polyamid aufgebautes Gehäuse mit einer Wanddicke von
0,06 Inch (1,52 mm) eine im Wesentlichen vollständige Luftstrom/Schallwellensperre
geboten.
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Die
Basis 24 ist in 3A und 3B ausführlicher
gezeigt. Die Basis 24 weist das Rohr 26, eine Einlasswand 60 und
einen ringförmigen
Flansch 62 auf. Das Rohr 26 ist in Bezug auf die
Einlasswand 60 zentral positioniert, wobei sich die Einlasswand 60 in
einer im Allgemeinen radialen Weise erstreckt. Der ringförmige Flansch 62 erstreckt
sich gegenüber
dem Rohr 26 von der Einlasswand 60.
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Das
Rohr 26 ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig und
definiert einen Durchgang 64, der sich von einem Einlassende 66 zu
einem Auslassende 68 erstreckt.
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Ferner
ist das Rohr 26 vorzugsweise zur Anbringung an der (nicht
gezeigten) Auslassöffnung
einer pneumatischen Vorrichtung gestaltet. Daher bildet das Rohr 26 in
einer bevorzugten Ausführungsform
neben dem Einlassende 66 ein Außengewinde 70. Alternativ
können
andere Anbringungstechniken und zugehörige Gestaltungen aufgenommen
sein. Beim bevorzugten Außengewinde 70 ist
das Einlassende 66 jedoch nach einer "Standard"auslassöffnungsgröße bemessen. Daher weist das
Einlassende 66 zum Beispiel einen Außendurchmesser auf, der einer
1/8-Inch-National-Pipe-Taper(NPT)-Auslassöffnung entspricht.
Alternativ kann das Einlassende 66 so bemessen sein, dass
es einer 1/4-Inch-NPT, einer 3/8-Inch-NPT, einer 1/2-Inch-NPT, einer
3/4-Inch-NPT oder einer 1-Inch-NPT
entspricht. Und sogar, wenn die Auslassöffnung ferner mit einer anderen
Anbringungsgestaltung als National Pipe Taper (z.B., nicht verjüngt) ausgeführt ist,
wird das Einlassende 66 vorzugsweise eine entsprechende
Gestaltung annehmen.
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Die
Beziehung des Rohrs 26 in Bezug auf die Einlasswand 60 und
das Gehäuse 22 (2)
nach der endgültigen
Montage ist nachstehend ausführlicher
beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rohr jedoch
eine (als eine Entfernung vom Einlassende 66 zum Auslassende 68 definierte)
Länge im
Bereich von ungefähr
0,6 bis 1,0 Inch (15,2 bis 25,4 mm); und vorzugsweise etwa 0,7 bis
0,9 Inch (17,8 bis 22,9 mm) auf. Zum Beispiel weist das Rohr 26 in
einer bevorzugten Ausführungsform
eine Länge
von etwa 0,81 Inch (20,6 mm) auf.
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Das
Rohr 26, und insbesondere der Durchgang 64, ist
so gestaltet, dass es den Luftstrom und Schallwellen von der (nicht
gezeigten) Auslassöffnung
zu einem Punkt stromabwärts
der Einlasswand 60 richtet. Daher kann das Rohr 26 in
Bezug auf die Einlasswand 60 als einen stromaufwärts gelegenen
Abschnitt 72 und einen stromabwärts gelegenen Abschnitt 74 aufweisend
definiert werden. Der stromaufwärts
gelegene Abschnitt 72 ist strom aufwärts von der Einlasswand 60 gelegen;
wohingegen der stromabwärts
gelegene Abschnitt 74 stromabwärts der Einlasswand 60 gelegen
ist. Wie in 3B gezeigt ist der Durchgang 64 am stromabwärts gelegenen
Abschnitt 74 vorzugsweise zylinderförmig. Alternativ können andere
Gestaltungen ebenfalls nützlich
sein, um eine gewünschte
Luftstromverteilung zu bewerkstelligen. Zum Beispiel kann der Durchgang 64 am
stromabwärts
gelegenen Abschnitt 74 stumpfkegelig sein und im Durchmesser
zunehmen oder sich verjüngen.
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Die
Einlasswand 60 erstreckt sich in einer im Allgemeinen radialen
Weise vom Rohr 26 und definiert eine Aussenfläche 76 und
eine Innenfläche 78.
Wie am besten in 3A gezeigt bildet die Einlasswand 60 eine
Mehrzahl von Schlitzen oder Luftstromdurchgängen 80, die sich
jeweils von der Innenfläche 78 zur
Außenfläche 76 erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weist jeder der Mehrzahl von Schlitzen 80 eine bogenförmige Form
mit einer radialen Breite im Bereich von ungefähr 0,02 bis 0,06 Inch (0,5
bis 1,5 mm), insbesondere etwa 0,04 Inch (1 mm), und einer Bogenlänge im Bereich
von ungefähr
40 ° bis
60 °, insbesondere
etwa 50 °,
auf. Vorzugsweise ist eine erste Serie 82 der Mehrzahl
von Schlitzen 80 an einem ersten Durchmesser der Einlasswand 60 und
eine zweite Serie 84 an einem zweiten Durchmesser angeordnet.
Alternativ kann für
die Mehrzahl von Schlitzen 80 jede beliebige andere Anzahl,
Größe, Form
und Stelle eingesetzt werden. Es wird sich jedoch verstehen, dass
vorzugsweise mindestens ein Schlitz (oder Luftstromdurchgang) bereitgestellt
ist, und dass die endgültige
Gestaltung den maximalen Luftstrom durch die Einlasswand 60 fördert, während sie
eine ausreichende strukturelle Integrität der Basis 24 aufrechterhält.
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Der
ringförmige
Flansch 62 erstreckt sich in einer stromabwärts gerichteten
Weise von der Innenfläche 78 der
Einlasswand 60 und ist wie vorher beschrieben zur Anbringung
am Gehäuse 22 (2)
gestaltet. Daher bildet eine innere Oberfläche 86 des ringförmigen Flansches 62 in
einer bevorzugten Ausführungsform
eine Schulter 88, die positioniert ist, um das stromaufwärts gelegene
Ende 34 (2) des Gehäuses 22 aufzunehmen.
Ferner weist die innere Oberfläche 86 einen
Durchmesser auf, der sich einem Durchmesser der Eingriffsoberfläche 46 (2)
des Gehäuses 22 annähert, um
eine reibende Passung zu erleichtern. Schließlich ist eine äußere Oberfläche 90 des
ringförmigen
Flansches 62 wie am besten in 3A gezeigt
geriffelt, um die Handhabung der Basis 24 durch einen Benutzer
zu verbessern. Alternativ kann die äußere Oberfläche 90 flach sein.
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Die
verschiedenen Abschnitte der Basis 24 sind vorzugsweise
einstückig
aus einem verhältnismäßig starren
Material gebildet. Zum Beispiel ist die Basis 24 in einer
bevorzugten Ausführungsform
aus einem Material gebildet, das mit jenem des Gehäuses 22 identisch
ist und daher ein Formpolymer wie etwa Polyamid (Nylon 6,6, 33 Gew.%
glasverstärkt)
ist. Alternativ können
andere Polymere wie etwa Polypropylen nützlich sein. Im Wesentlichen
kann die Basis 24 jedes beliebige formbare oder bearbeitbare
Material wie etwa, zum Beispiel, ein Keramikmaterial, Stahl oder
Aluminium, und Kombinationen oder Zusammensetzungen davon sein.
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Wie
nachstehend bekannt gemacht steht eine stromabwärts gelegene Erweiterung des
Rohrs 26 in Bezug auf die Einlasswand 60 nach
der endgültigen
Montage in einer direkten Beziehung mit einer gewünschten
Position des Auslassendes 68 im Inneren des Gehäuses 22 (2).
Bestimmte Abmessungseigenschaften des Rohrs 26 in Bezug
auf die Einlasswand 60 können jedoch unter Bezugnahme
auf 3B beschrieben werden. Genauer liegt der stromabwärts gelegene
Abschnitt 74 des Rohrs 26 (z.B. die Erweiterung
des Rohrs 26 von der inneren Oberfläche 86 zum Auslassende 68)
vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,3 bis 0,7 Inch (7,6 bis
17,8 mm); und bevor zugt im Bereich von ungefähr 0,35 bis 0,55 Inch (8,9
bis 14 mm). Zum Beispiel weist der stromabwärts gelegene Abschnitt 74 in
einer bevorzugten Ausführungsform
eine Länge
von etwa 0,46 Inch (11,7 mm) auf.
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Der
Schalldämpfer 20,
und insbesondere der akustische Absorptionseinsatz 100,
ist in 4 genauer gezeigt. Der akustische Absorptionseinsatz 100 ist
im Inneren des Gehäuses 22 angeordnet
und ist um das Rohr 26 herum positioniert. Der akustische
Absorptionseinsatz 100 stimmt vorzugsweise im Allgemeinen
mit der verjüngten
Form des Gehäuses 22 überein und
erstreckt sich über
das Auslassende 68 des Rohrs 26. Das heißt, der
akustische Absorptionseinsatz 100 umgibt einen Abschnitt
eines verfügbaren
Volumens, vorzugsweise das gesamte verfügbare Volumen, des Gehäuses 22 stromabwärts vom
Rohr 26. Daher werden, wie nachstehene ausführlicher
beschrieben ist, der Luftstrom und Schallwellen vom Rohr 26 vom
Auslassende 68 direkt in den akustischen Absorptionseinsatz 100 gerichtet.
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Der
akustische Absorptionseinsatz 100 ist vorzugsweise eine
Vliesstoffbahn, die aus Fasern und einem Bindeharz aufgebaut ist,
und wird im Allgemeinen als eine "Blasmikrofaser" bezeichnet. Mit dieser Gestaltung dient
der akustische Absorptionseinsatz 100 dazu, Schallwellen
zu absorbieren.
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Die
Fasern, die nach der Erfindung nützlich
sind, können
synthetische und/oder natürliche
Polymerfasern sein. Beispiele für
nützliche
synthetische Polymerfasern enthalten, jedoch ohne Beschränkung darauf,
jene, die aus einer Gruppe gewählt
werden, die aus Polyesterharzen wie etwa Polyester, Polyethylen(terephthalat)
und Polybutylen(terephthalat), Polyamidharzen wie etwa Nylon, und
Polyolefinharzen wie etwa Polypropylen und Polyethylen, und Mischungen
davon besteht. Beispiele für
nützliche
natürliche
Polymerfasern enthalten, jedoch ohne Beschränkung darauf, jene, die aus
einer Gruppe gewählt
werden, die aus Wolle, Seide, Baumwolle und Cellulose besteht. Die
Fasern sollten einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 30 Mikrometer
bis etwa 150 Mikrometer, und vorzugsweise im Bereich von etwa 35
bis 100 Mikrometer aufweisen. Die Fasern können Durchmesser von weniger
als 30 Mikrometer aufweisen, wenn sie fähig sind, zusammengedreht oder
auf andere Weise zusammengeformt zu werden, um eine Faser mit größeren Durchmesser
zu bilden. Obwohl die Faserlänge
nicht besonders kritisch ist, liegt die Länge geeigneter Fasern zur Leichtigkeit
der Bahnbildung typischerweise in einem Bereich von etwa 30 mm bis
etwa 100 mm, und beträgt
vorzugsweise etwa 35 mm bis 50 mm. Für die Vliesstoffbahn können Mischungen
aus Fasern mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern verwendet
werden. Schließlich
weisen die Fasern vorzugsweise eine Feinheitseigenschaft im Bereich
von ungefähr
5 bis 50 Denier auf.
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Nützliche
Fasern enthalten auch, jedoch ohne Beschränkung darauf, schmelzbindfähige Fasern,
die vom Mantel-Kern-Typ
sein können,
wobei der Kern der Faser ein Polymer ist, das verglichen mit dem
umgebenden Mantelpolymer eine verhältnismäßig hohe Schmelztemperatur
aufweist, so dass das Schmelzen des Mantels beim Bilden der Bahn
verursacht, dass er zu umgebenden Bahnfasern fließt und daran
anbindet. Typischerweise beträgt
der Unterschied im Schmelzpunkt zwischen dem Mantel und dem Kern
etwa 10 °C
bis 40 °C,
wobei ein Unterschied von 20 °C
bis 40 °C
noch typischer ist. Beispiele nützlicher
schmelzbindfähiger Fasern
enthalten, jedoch ohne Beschränkung
darauf, jene, die aus der Gruppe gewählt werden, die aus Polyester/Polyester-Copolymermischungen,
Polyester/Polypropylenfasern, und dergleichen besteht. Mantel-Kern-Fasern
sind von Quellen wie etwa Hoechst-Celanese, DuPont Company, und
Eastman Kodak im Handel erhältlich.
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Die
nach der vorliegenden Erfindung nützliche Vliesstoffbahn ist
mit einem Bindemittelharz beschichtet oder gesättigt, das, wenn es gehärtet ist,
der Bahn eine bedeutende zusätzliche
Beständigkeit
gegenüber Ölen und
Feuchtigkeit verleihen wird. Die Bindemittelharze dienen auch dazu,
die Vliesstoffbahn zu versteifen, so dass sie gegenüber einer
Kompression und der Verwendung beständig ist. Diese Harze sind
im Allgemeinen hitzehärtbare
Polymerzusammensetzungen, und werden so gewählt, dass sie Ölen und
Wasser gegenüber
beständig
sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Bindemittel Latex (Styren-Butadien). Alternativ enthalten
geeignete Bindemittelharze, jedoch ohne Beschränkung darauf, jene, die aus
der Gruppe gewählt
werden, die aus Phenolaldehydharzen, butylierten Harnstoffaldehydharzen,
Epoxidharzen, Polyesterharzen (wie etwa dem Kondensationsprodukt
von Maleinsäure-
und Phthalsäureanhydrid
und Propylenglykol), Acrylharzen, Styren-Butadien-Harzen, plastifiziertem
Vinyl, Polyurethanen, und Gemischen davon besteht. Die Bindemittelharze
können
ferner Füllmittel
wie etwa Talk, Silika, Calciumcarbonat, und dergleichen enthalten, um
die Steifigkeit der Bahn zu verbessern. Die Bindemittelharze können in
einer Wasseremulsion oder Latex, oder in einem organischen Lösemittel
bereitgestellt werden.
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Es
wird ausreichend Bindemittelharz hinzugefügt, um die Fasern an ihrer
Stelle zu halten, ohne übermäßig steif
zu werden. Die Menge an Bindemittelharz, die bei der Ausführung der
Erfindung nützlich
ist, beträgt typischerweise
etwa 100 bis 400 Gewichtsteile Trockenharz pro 100 Gewichtsteile
der Vliesstoffbahn. Vorzugsweise wird das Bindemittelharz für eine optimale
Kompression und akustische Leistung in einer Menge von 130 bis 230
Gewichtsteilen pro 100 Teile der Vliesstoffbahn verwendet.
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Die
Vliesstoffbahn kann optional eine Imprägniermittelbeschichtung aus
einer viskoelastischen Zusammensetzung enthalten, um die Schalldämpfungseigenschaften
zu verbessern. Nützliche
viskoelastische Materialien enthal ten öl- und wasserbeständige viskoelastische
Dämpfungspolymere
wie etwa Polyacrylate, Styren-Butadien-Kautschuke, Silikonkautschuke,
Urethankautschuke, Nitrilkautschuke, Butylkautschuke, Acrylkautschuke,
und natürliche
Kautschuke und viskoelastische Materialien auf Acrylbasis wie etwa
die viskoelastischen Dämpfungspolymere
ISD110, ISD112 und ISD113 von 3M (erhältlich von der Minnesota Mining & Manufacturing
Company, St. Paul, Minnesota). Das Polymer kann in einem passenden
Lösemittel
zerstreut und auf die Vliesstoffstruktur aufgetragen werden. Die
Polymerlösung
weist typischerweise 1 Gew.% bis 7 Gew.% Polymerfeststoffe auf und
ist vorzugsweise eine 2%ige bis 5%ige Feststofflösung. Das Polymer sollte bei
der Verwendungstemperatur der pneumatischen Vorrichtung, die typischerweise
von etwa –40 °C bis etwa 50 °C und noch
typischer von etwa 5 °C
bis 40 °C
reicht, stabil sein. Das Polymer weist bei der Verwendungstemperatur
(zum Beispiel 21 °C)
eine Verlustziffer von mehr als etwa 0,2, vorzugsweise mehr als
0,5, und insbesondere mehr als 0,8 auf.
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Beispiele
annehmbarer Bahnaufbauten für
den akustischen Absorptionseinsatz 100 sind in der US-Patentschrift
Nr. 5,418,339 beschrieben.
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Zur
Erleichterung der Anordnung um das Rohr 26 bildet der akustische
Verbundstoffeinsatz 100 vorzugsweise einen Kerndurchgang 102.
Der Kerndurchgang 102 ist so bemessen, dass er sich einem
Außendurchmesser
des Rohrs 26 am stromabwärts gelegenen Abschnitt 74 annähert. Zu
diesem Zweck ist der akustische Absorptionseinsatz 100 in
einer Ausführungsform
geringfügig
verformbar. Bei dieser Gestaltung kann der Kerndurchgang 102 anfänglich einen
Durchmesser aufweisen, der geringfügig geringer als jener des Rohrs 26 ist,
sich aber beim Einsetzen über
das Rohr 26 zu einem geringfügig größeren Durchmesser verformen
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird der Schalldämpfer 20 im
Wesentlichen wie folgt zusammengesetzt. Der akustische Absorptionseinsatz 100 wird
so gebildet, dass er im Allgemeinen der Größe und der Form des Gehäuses 22 entspricht.
Der akustische Absorptionseinsatz 100 kann zum Beispiel
von einer Massenzufuhr eines passenden Bahnmaterials geschnitten
werden. Dann wird der Kerndurchgang 102 gebildet. In dieser Hinsicht
kann der akustische Absorptionseinsatz 100 als ein einheitlicher
Körper
gebildet werden, wobei sich der Kerndurchgang 102 teilweise
durch den Einzelkörper
erstreckt. Alternativ kann der akustische Absorptionseinsatz 100 als
zwei getrennte Teile gebildet werden. Der erste oder stromaufwärts gelegene
Teil (der in 4 allgemein mit 104 gezeigt
ist), weist eine Höhe
auf, die dem stromabwärts
gelegenen Abschnitt 74 des Rohrs 26 entspricht.
Daher wird der Kerndurchgang 102 gänzlich durch den stromaufwärts gelegenen
Teil 104 verlaufen. Zusätzlich
ist ein zweiter oder stromabwärts
gelegener Teil 106 bereitgestellt. Der stromabwärts gelegene
Teil 106 ist im Wesentlichen eine stumpfkegelig geformte
Scheibe ohne zentralen Durchgang. Daher erstreckt sich das stromabwärts gelegene
Element 106 über
das Auslassende 68 des Rohrs 26 hinweg. Bei diesem
Ansatz kann der stromabwärts
gelegene Teil 106 anfänglich
auf dem stromaufwärts
gelegenen Teil 104, über
dem Rohr 26, angeordnet werden. Alternativ kann der stromabwärts gelegene
Teil 106 gegen die Endwand 32 stoßend ins
Innere des Gehäuses 22 eingesetzt
werden.
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Bei
beiden Einsetzansätzen
ist es möglich,
die Menge des akustischen Absorptionseinsatzes 100 im Inneren
des Gehäuses 22 zu
optimieren. Genauer kann die Menge (z.B. die Masse) des Materials,
das im Inneren des Gehäuses
angeordnet wird, aufgrund des Umstands, dass der akustische Absorptionseinsatz 100 vorzugsweise
verformbar/zusammendrückbar
ist, vermehrt oder verringert werden, und wird der sich ergebende
akustische Absorptionseinsatz 100 nach wie vor ein verfügbares Volumen
im Inneren des Gehäuses 22 ausfüllen (ausschließlich des
vom Rohr 26 eingenommenen Volumens). In dieser Hinsicht
diktiert die tatsächliche
Menge des Materials, das den akustischen Absorptionseinsatz 100 umfasst,
die Schalldämpferleistung, wie
anderswo ausführlicher
beschrieben ist. Allgemein ausgedrückt kann jedoch das Verringern
der Menge (oder Masse) des Materials, das den akustischen Absorptionseinsatz 100 umfasst,
die Schalldämpfungsfähigkeiten
des Schalldämpfers 20 verringern.
Umgekehrt kann das Hinzufügen
von mehr Material einen verbietenden Gegendruck erzeugen. Bemerkenswerterweise
ist die "optimale" Menge an Material,
das den akustischen Absorptionseinsatz 100 umfasst, eine
Funktion der Bahnzusammensetzung und des verfügbaren inneren Volumens im
Inneren des Gehäuses.
Zum Beispiel weist der akustische Absorptionseinsatz 100 für ein Gehäuse 22,
das ein verfügbares
inneres Volumen (d.h., das innere Volumen des Gehäuses 22 minus
dem Volumen des Rohrs 26 im Inneren des Gehäuses 22)
von etwa 0,5 bis 2,0 Inch3 (8 × 103 bis 33 × 103 mm3)
aufweist, vorzugsweise eine Masse im Bereich von 0,25 bis 1,0 Gramm
auf, wenn Polyesterfasern von 5 bis 50 Denier, die mit Styren-Butadien
beschichtet sind, als das Bahnmaterial verwendet werden.
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Das
Gehäuse 22 wird
dann wie in 4 gezeigt an der Basis 24 angebracht.
Genauer wird der ringförmige
Flansch 62 in einen Kontakt mit dem durch das Gehäuse 22 gebildeten
aufnehmenden Bereich 42 gerichtet. Die Führungsoberfläche 44 erleichtert
die Anordnung des Gehäuses 22 innerhalb
des ringförmigen Flansches 62.
In einer bevorzugten Ausführungsform
greift die innere Oberfläche 86 des
ringförmigen
Flansches 62 reibend mit der Eingriffsoberfläche 46 des
Gehäuses 22 ein.
Der radiale Anschlag 48 tritt mit dem ringförmigen Flansch 62 in
Kontakt, während
die Schulter 88 gegen das stromaufwärts gelegene Ende 34 des Gehäuses 22 stößt. Sobald
sie richtig positioniert sind, werden das Gehäuse 22 und die Basis 24 vorzugsweise abgedichtet.
Zum Beispiel kann eine Schallschweißung eingesetzt werden. Alterna tiv
können
andere Abdichtungstechniken, wie etwa ein Klebstoff, ebenfalls nützlich sein.
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In
der endgültig
zusammengesetzten Form erstreckt sich das Rohr 26 vorzugsweise
zentral im Inneren des Gehäuses 22.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Rohr 26, und insbesondere der stromabwärts gelegene
Abschnitt 74, derart gestaltet, dass sich das Auslassende 68 ungefähr in gleichem
Abstand zwischen dem stromaufwärts
gelegenen Ende 34 und dem stromabwärts gelegenen Ende 36 des
Gehäuses 22 befindet.
Zum Beispiel weist das Gehäuse 22 in
einer bevorzugten Ausführungsform
eine (als eine Entfernung vom stromaufwärts gelegenen Ende 34 bis
zu einer inneren Oberfläche
der Endwand 32 definierte) innere Höhe von 0,8 Inch (20,3 mm) auf,
und erstreckt sich das Auslassende 68 im Inneren des Gehäuses 22 zu
einer Höhe
von 0,39 Inch (9,9 mm). Bemerkenswerterweise muß sich das Auslassende 68 nicht
genau in gleichem Abstand zwischen dem stromaufwärts gelegenen Ende 34 und
dem stromabwärts
gelegenen Ende 36 befinden. Vorzugsweise ist jedoch eine
Beziehung der Basis 24 in Bezug zum Gehäuse 22 derart, dass
sich das Auslassende 68 des Rohrs 26 nach der
endgültigen
Montage zu einer Höhe
im Bereich von ungefähr
25 % bis 75 % einer Höhe
des Gehäuses 22;
und bevorzugt 40 % bis 60 einer Höhe des Gehäuses 22 erstreckt.
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Bei
der endgültigen
Montage schließen
sich das Gehäuse 22 und
die Basis 24 zusammen, um eine Gesamtlänge des Schalldämpfers 20 (oder
eine Gesamthöhe
in Bezug auf die Ausrichtung von 4) zu definieren.
In dieser Hinsicht ist ein Abschnitt der Basis 24 und insbesondere
ein Abschnitt des Rohrs 26 zur Anordnung im Inneren einer
Auslassöffnung
(nicht gezeigt) gestaltet, wobei sich der Rest des Schalldämpfers 20 von
der Auslassöffnung
weg erstreckt. Daher schließen
sich das Gehäuse 22 und
die Basis 24 zusammen, um eine Erweiterungslänge des
Schalldämpfers 20;
mit anderen Worten, eine Länge
des Schalldämpfers 20,
die sich von der Auslassöffnung auswärts erstreckt,
zu definieren. Unter Bedachtnahme auf diese Definition weist der
Schalldämpfer 20 eine
Erweiterungslänge
auf, die vorzugsweise weniger als ungefähr 1,5 Inch (38 mm); und vorzugsweise
weniger als ungefähr
1 Inch (25 mm) beträgt.
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Im
Anschluß an
die Montage wird der Schalldämpfer 20 verwendet,
um Lärm
zu dämpfen,
der durch ein Pneumatikventil erzeugt wird. Zum Beispiel veranschaulicht 5 eine
Pneumatikventilbank 110. Die Ventilbank 110 kann
als Teil einer Hilfsvorrichtung, (nicht gezeigt) gebildet sein,
wie etwa einer Herstellungs- und/oder Verarbeitungsvorrichtung oder
einer pneumatischen Roboteranwendung. Alternativ kann der Schalldämpfer 20 mit
einem einzelnen Ventil verwendet werden, das einer Pumpe oder einer
anderen pneumatischen Vorrichtung zugehörig ist. Unter Bezugnahme auf
die in 5 gezeigte Anwendung ist die Ventilbank 110 als
drei (in 5 allgemein gezeigte) Pneumatikventile 112 aufweisend
gezeigt, wovon jedes eine Auslassöffnung 114 bildet.
Allgemein ausgedrückt
erzeugt der Betrieb der Pneumatikventile 112 Druckluft,
die durch die jeweiligen Auslassöffnungen 114 austritt.
Falls sie offen gelassen würden,
würde die
Zwangsluft, die aus der Auslassöffnung 114 austritt,
höchst
wirbelig werden, was zu Lärm
führt.
Dieser Lärm
wird durch Hinzufügen
eines Schalldämpfers 20 nach
der vorliegenden Erfindung zu jeder der jeweiligen Auslassöffnungen 114 gedämpft.
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Vor
der Verwendung wird jeder der Schalldämpfer 20 an einer
entsprechenden der Auslassöffnungen 114 angebracht.
Zum Beispiel ist bei den meisten Pneumatikventilanwendungen jede
der Auslassöffnungen 114 mit
einem Gewinde versehen. Unter Bezugnahme auf 3B weist
das Rohr 26, das mit jedem der Schalldämpfer 20 verbunden
ist, das dem Gewinde an den Auslassöffnungen 104 entsprechende
Außengewinde 70 auf.
Alternativ kann eine Vielfalt von anderen Anbringungstechniken eingesetzt
werden. Es ist wichtig, dass die Pneumatikventile 112,
die mit der Ventilbank 110 verbunden sind, als dicht aneinanderliegend
dargestellt sind. Diese Anordnung tritt bei handelsüblichen
Anwendungen ziemlich häufig
auf, wobei die Pneumatikventile 112, und daher die Auslassöffnungen 114,
eine Beabstandung von Zentrum zu Zentrum von weniger als 1,5 Inch
(38 mm) aufweisen. Unter diesen beschränkten Einbauraumbedingungen
ist es, aufgrund ihrer übergroßen Gehäuse, unmöglich, "Standard"schalldämpfer zu
verwenden. Der Schalldämpfer 20 der
vorliegenden Erfindung kann jedoch mit Pneumatikventilen 112 mit
limitiertem Einbauraum verwendet werden, da der Schalldämpfer 20 eine
höchste
Breite (vorzugsweise einen höchsten
Durchmesser) von weniger als etwa 1,5 Inch (38 mm) aufweist. Da
sich der Schalldämpfer 20 wie
vorher beschrieben vorzugsweise zu einer Erweiterungslänge von
weniger als ungefähr
1,5 Inch (38 mm) von der Ventilbank 110 erstreckt, ist
ferner die Gelegenheit für
einen unbeabsichtigten Kontakt und eine Beschädigung stark verringert.
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Sobald
sie an der Ventilbank 110 befestigt sind, dämpfen die
Schalldämpfer 20 Lärm, der
an den jeweiligen Auslassöffnungen 114 erzeugt
wird. Ein einzelner der Schalldämpfer 20 und
ein entsprechendes der Pneumatikventile 112 ist in 6 ausführlicher
gezeigt. Das Rohr 26 ist am Einlassende 66 fließend mit
der Auslassöffnung 114 verbunden.
Daher betreten der Luftstrom und die damit verbundenen Schallwellen
den Schalldämpfer 20 über das
Rohr 26. Das Rohr 26 dient als eine Schallsperre
und richtet dadurch den Luftstrom und die Schallwellen (in 6 allgemein
durch Pfeile dargestellt) über
den Durchgang 64 in das Gehäuse 22. Der Luftstrom
und die Schallwellen verlassen das Rohr 26 am Auslassende 68 und
fließen
in den akustischen Absorptionseinsatz 100. Wie vorher beschrieben
ist der akustische Absorptionseinsatz 100 dazu gestaltet, mindestens
einen Teil der Schallwellen zu absorbieren. Es ist jedoch wahrscheinlich,
dass nicht alle Schallwellen so fort absorbiert werden. Statt dessen
strömen
der Luftstrom und die verbleibenden Schallwellen wie durch Pfeile
in 6 gezeigt in einer im Allgemeinen stromabwärts gerichteten
Weise durch den akustischen Absorptionseinsatz 100 und
in einen Kontakt mit dem Gehäuse 22,
und insbesondere der Seitenwand 30 und der Endwand 32.
Wie vorher beschrieben sind die Seitenwand 30 und die Endwand 32 dazu
gestaltet, als Schallsperren zu dienen. Daher werden die verbliebenen
Schallwellen von der Seitenwand 30 und/oder der Endwand 32 weg
und erneut in einen Kontakt mit dem akustischen Absorptionseinsatz 100 abgelenkt.
Abermals führt
die Wechselwirkung der Schallwellen mit dem akustischen Absorptionseinsatz 100 zu
einer Verringerung, oder einer Absorption, der Schallwellen. Ferner
wird mindestens ein Teil der abgelenkten Schallwellen mit anderen
Schallwellen in Wechselwirkung treten, was zu Phasenauslöschungen
und daher einer weiteren Schalldämpfung
führt.
Im Zeitverlauf werden die verbliebenen Schallwellen schließlich zur
Basis 24 abweichen und den Schalldämpfer 20 über die
Mehrzahl von Schlitzen 80 in der Einlasswand 60 verlassen.
Vor dem Verlassen des Schalldämpfers 20 wird
jedoch ein wesentlicher Teil der Schallwellen durch den akustischen
Absorptionseinsatz 100 absorbiert worden sein oder durch
Phasenauslöschung
beseitigt worden sein. Eine weitere (wenn auch minimale) Schalldämpfung kann
auch dadurch erreicht werden, dass der akustische Absorptionseinsatz 100 eine
Luftstromsperre bietet und den Luftstrom verändert, damit dieser weniger
wirbelig (d.h. mehr laminar) ist.
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Zusätzlich zum
Erreichen einer bedeutenden Lärmdämpfung erzeugt
der Schalldämpfer 20 nach
der vorliegenden Erfindung einen minimalen Gegendruck. Erstens ist
der akustische Absorptionseinsatz 100 höchst porös und bietet daher eine unwesentliche
Sperre für
den Luftstrom. Zusätzlich
richtet die bevorzugte verjüngte
Form der Seitenwand 30 den Luftstrom zur Basis 24 und
daher zur Mehrzahl von Schlitzen 80. Mit anderen Worten
ist das Gehäuse 22 vorzugsweise
so gestaltet, dass es den Luftstrom im Allgemeinen direkt zur Mehrzahl
von Schlitzen 80 und daher aus dem Schalldämpfer 20 heraus
führt.
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Der
Schalldämpfer 20 der
vorliegenden Erfindung stellt eine bedeutende Lärmdämpfung bereit. Zum Beispiel
wird der Schalldämpfer 20 den
Pneumatikventilauslassöffnungslärm bei einem
Pneumatikventil, das einen Lärmpegel
der offenen Aulsassöffnung
im Bereich von ungefähr
50 bis 100 dB aufweist, um mindestens 5 dB; vorzugsweise um mindestens
10 dB; und insbesondere um mindestens 15 dB verringern. Es ist wichtig, dass
der Schalldämpfer 20 diese
Lärmdämpfung bereitstellt,
während
er den Gegendruck auf einen Mindestwert verringert. Zu diesem Zweck
ist eine Zylindererholungszeit ein geeigneter Parameter, der den
Gegendruck anzeigt. Die Zylindererholungszeit ist ein Maß der Zeit,
die der mit dem Pneumatikventil verbundene Zylinder benötigt, um
einen einzelnen Takt auszuführen.
Es sollte sich verstehen, dass sogar bei Nichtvorhandensein eines
Gegendrucks (d.h., bei offener Auslassöffnung) eine Zylindererholungszeit
vorhanden sein wird (z.B. größer als
0 ist). Doch eine Veränderung
(oder Zunahme) der Zylindererholungszeit ist eine Funktion der Veränderung
(oder Zunahme) des Gegendrucks im System. Daher wird zum Beispiel,
wenn ein Schalldämpfer mit
einer Pneumatikventilvorrichtung verbunden ist, jeglicher durch
den Schalldämpfer
verursachte Gegendruck die Zylindererholungszeit erhöhen. Unter
Bedachtnahme auf diesen Umstand verursacht der Schalldämpfer 20 bei
Luftströmen
im Bereich von 0 bis 40 cfm (0 bis 1.130 Liter/Minute) und einer
Zylindererholungszeit von etwa 0,33 Sekunden eine Erhöhung der
Zylindererholungszeit von weniger als ungefähr 0,01 Sekunden. Mit anderen
Worten verursacht der Schalldämpfer 20 vorzugsweise
eine Verschlechterung (oder Zunahme) der Zylindererholungszeit von
weniger als etwa 5 %. Daher ist der Schalldämpfer 20 insbesondere
zur Verwendung mit Pneumatikventilvorrichtungen mit verhältnismäßig fortlaufenden
Strom anwendbar, für
die die Zylin dererholungszeit eine Hauptangelegenheit ist.
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Der
Pneumatikschalldämpfer
der vorliegenden Erfindung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber früheren Gestaltungen
bereit. Der Schalldämpfer
ist fähig,
zur Verwendung mit einem Pneumatikventil mit limitiertem Schalldämpfereinbauraum
einzigartig in der Größe bemessen
zu werden. Anders als allgemein erhältliche Pneumatikschalldämpfer, die
Durchmesser von mehr als 3 Inch (75 mm) und Längen von mehr als 5 Inch (127
mm) aufweisen, ist der Schalldämpfer
der vorliegenden Erfindung spezifisch gestaltet, so dass er fähig ist,
sowohl eine höchste
Breite als auch eine Erweiterungslänge von weniger als ungefähr 1,5 Inch
(38 mm) aufzuweisen. Bei dieser stark verringerten Größe kann
der Schalldämpfer
mit Ventilauslassöffnungen
verwendet werden, die einen höchst
limitieren Einbauraum von Zentrum zu Zentrum aufweisen. Ferner verringert der
Schalldämpfer
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Gelegenheit für einen
unbeabsichtigten Bedienungspersonenkontakt und eine daraus entstehende
Beschädigung
auf ein Mindestmaß.
Schließlich
stellt der Schalldämpfer
der vorliegenden Erfindung anders als die wenigen anderen Schalldämpfer mit
verringerter Größe, die
gegenwärtig
erhältlich
sind, eine Lärmdämmung mit
praktisch keinem Gegendruck bereit.
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Beispiele
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf verschiedene bestimmte und
bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben und wird unter Bezugnahme auf die folgenden ausführlichen
Beispiele näher
beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass es über die
in den Beispielen und der ausführlichen
Beschreibung gezeigten hinaus viele Erweiterungen, Veränderungen
und Abwandlungen der Grundthemen der vorliegenden Erfindung gibt,
die im Geist und im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
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Ein
Schalldämpfer
wurde nach der vorliegenden Erfindung angefertigt und an einer Auslassöffnung eines
Pneumatikventils befestigt. Der Schalldämpfer wurde aus Polyamid (Nylon
6,6, mit 33 Gew.% Glas verstärkt)
angefertigt und wies eine Höhe
von 1,33 Inch (3,38 cm) und einen Basisdurchmesser von 1,00 Inch (2,54
cm) als Außenabmessungen
auf. Das Einlassende des Schalldämpfers
war 1/4-Inch-NPT. Die Basis und das Gehäuse waren durch Schall aneinandergeschweißt. Beim
verwendeten akustischen Einsatzmaterial handelte es sich um eine
Blasmikrofaser aus latexbeschichtetem Polyester von 15 Denier (nominal)
mit unterschiedlichem Gewicht.
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Dann
wurde das Pneumatikventil betätigt
und wurden verschiedene Daten gemessen. Im Besonderen wurde ein
Echtzeit-Zweikanal-Frequenzanalysatormikrophon Typ 2144 von Brüel & Kjaer 24 Inch
(61 cm) und in einem Winkel von 45 ° vom Schalldämpfer angeordnet. Der Schall
wurde als ein Impuls in einem Fenster von einer Sekunde gemessen.
Zusätzlich
wurde die Zylindererholungszeit des Pneumatikventils gemessen.
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Unter
Bedachnahme auf die obigen Parameter wurden während des Betriebs des Pneumatikventils Messungen
sowohl mit (Probe 1 bis 15) als auch ohne (Vergleichsprobe 1, d.h.,
mit offener Auslassöffnung) einen
Schalldämpfer
der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Die Daten stellen einen
Durchschnitt von 3 Ablesungen dar, außer für die Vergleichsprobe 1, die
ein Durchschnitt von 12 Ablesungen ist. Es wurden die folgenden
Ergebnisse erhalten:
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass Veränderungen
in Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom
Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl, zum Beispiel, der
Schalldämpfer
als ein verjüngtes
Gehäuse
umfassend beschrieben wurde, können
andere Gestaltungen nützlich
sein. Zum Beispiel kann das Gehäuse
ein Zylinder sein. Alternativ kann das Gehäuse mehrere Durchmesseränderungen
aufweisen.