DE8031762U1

DE8031762U1 - Schalldaempfer fuer fluessigkeitsrohrleitungen

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Publication number: DE8031762U1
Application number: DE19808031762
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1981-07-09

Description

Schalldämpfer für Flüssigkeitsrohrleitunpen

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer, die zum Zwecke der Dämpfung des Körperschalls in Flüssigkeitsrohrleitungen eingebaut werden.

In hydraulischen Systemen mit Rohrleitungen und annähernd inkompressiblen Flüssigkeiten wird längs der Rohrleitungen Körperschall weitergeleitet, teils über die Rohrwandungen, teils in der Flüssigkeit selbst.

Neben Druckimpulsen, die durch Laständerungen im System oder Ventilschaltungen bzw. - schwingungen entstehen, wird Körperschall vorwiegend durch die Verdrängermaschinen, d.h. Pumpen oder Hydromotoren, erzeugt, bei denen in periodischer Folge der Druck in den Verdrängerkammern stoßartig erhöht und der Volumenstrom stetig in ungleichförmige Bewegung versetzt wird.

Bei Verdrängermaschinen werden unterschiedliche Arten von Druckpulsationen erzeugt, die als Körperschall weitergeleitet werden:
1.) Volumenstrombedingte Druckpulsationen, herrührend aus den kinematischen Beschleunigungen und Verzögerungen; 2.) Druckpulsationen, die in den Verdrängerkammern durch die Umsteuerung von Niederdruck auf Betriebsdruck entstehen; 3.) Druckpulsationen, die beim Zusai.uaenfall von Kavitationsblasen entstehen.

Diese Arten von'Eruckpuisati'onen haben zwar eine Impulsfolgerate, d.h. periodische Folge ihrer Amplitudeninaxima, die durch die Anzahl der Verdränger und die Drehzahl der Verdrängereinheit gegeben ist.Bezüglich ihrer Ausbreitungen und Weiterleitungseigenschaften unterscheiden sie sich jedoch wesentlich.

Bei den mit 1.) benannten volumenstrombedingten Pulsationen entspricht die zeitliche Länge des einzelnen Impulses der Hubfrequenz der Verdrängereinheit. Es handelt sich um eine aufgezwungene, angenähert harmonische Schwingung, welche der Impulsfolgerate entspricht, und deren Amplitude gegenüber dem mittleren statischen Tetriebsdruck klein ist. Sie werden nachfolgend als langwellig bezeichnet. Ihre Frequenz liegt, wie die Impulsfolgerate, meist im hörbaren Schallbereich.

Bei den unter 2.) genannten Druckwechselpulsationen erfolgt der erzeugende Druckwechsel, je nach Länge der Umsteuerzeit an Ventilen oder Steuerkanten, sehr kurzzeitig· Durch die stoßartige Einwirkung der unter Betriebsdruck stehenden Flüssigkeit auf das unter Niederdruck stehende Teilvolumen in der angesteuerten Verdrängerkammer entsteht ein Druckwechaelimpuls mit sehr kurzer Stoßdauer, aber großer Finkensteilheit und gegenüber dem statischen Betriebadruck nennenswerten Maximum, oder es entsteht eine kurzzeitig abklingende gedämpfte Schwingung mit hoher Eigenfrequenz, ebenfalls mit hohem Maximum der ersten ^albwelle. Diese stoßartigen Druckwechselimpulse oder kurzzeitigen gedämpften Schwingungen werden nachfolgend als kurzwellig bezeichnet. Die aufgrund ihrer Flankensteilheit bzw. Impulsdauer zu bestimmende Eigenfrequenz kann schon oberhalb der Hörgrenze liegen.

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Polgerate der Druckimpulse aber entspricht der Frequenz j der unter 1.) genannten Volumenstrompulsationen. Somit v| wird auf eine Trägerfrequenz, welche mit der kurzwelligen % Eigenfrequenz dieser Impulse identisch ist, eine langwellige f Schwingung aufmoduliert, die aus einer periodischen Folge von steilflankigen, also kurzwelligen Einzelimpulsen oder kurzen gedämpften Schwingungen besteht,

; Bei den unter 3.) genannten Pulsationen handelt es sich

; um sehr kurzzeitige Einzelstöße mit hoher Flankensteilheit iv: und hoher Amplitude, Die Eigenfrequenz eines solchen ;i Einzelatoße3 oder ggf. einer solchen sehr kurzzeitigen j; gedämpften Schwingung kann sehr hoeii sein und im nicht

:J hörbaren Sohallbereich liegen.Diese Pulsationen werden

daher nachfolgend als Ultrakurzwelle bezeichnet.

i Die Polgerate auch dieser Druckimpulse entsprcht wiederum

_; der Frequenz der unter 1.) genannten Volumenstrompulsationen,

% nur daß hier die Trägerfrequenz noch höher liegt als bei den Impulsen nach 2.),

: Die genannten Pulsationen können, wenn sie sich ungehindert

;■■ über die Rohrleitungen fortpflanzen, andere mit ihnen ver- ;.: bundene Systemteile zu Schwingungen anregen, besoders wenn

■· deren Resonanzfrequenz mit der der Impulsfolgerate zusammenliegt oder ein Vielfaches davon ist. Diese Resonatoren werden ρ dann hörbaren Luftschali erzeugen. Dabei kann der Energiegehalt

der von den Rohrleitungen übertragenen harz- oder ultrakurzwelligsn Impulsketten wegen der hohen Druckmaxima auch bei kurzer Dauer der ^inzelimpulse in der Größenordnung des Energiegehaltes der langwelligen Volumenstrompulsationen liegen und entsprechend stark zur Luftschallerzeugung beitragen·

Neben den bekannten Mitteln und Maßnahmen zur Schalldämpfung an den körperschallerzeugenden Verdrängermaschinen und luftschallabstrahlenden Resonatoren sind Schalldämpfer bekannt, welche in die Rohrleitungen eingebaut werden, uia die Weiterleitung des Körper.3chall3 zu unterbinden.

Eine Art der bekannten Rohrleitungsschalldämpfer beruht auf dem Prinzip der Ausdehnungskammer, welches davon ausgeht, daß sich Plüssigkeitsschallpulsationen beim Eintritt in Räume größeren Durchmessers von den kleineren Rohr-querschnitt aus kugelförmig ausbreiten und hierbei, entsprechend der gegenüber dem Rohrquerschnitt schnell wachsenden Kugelfläche, in der Amplitude stark abnehmen, sodaß an der Austrittsöffnung nur noch Pulsationen geringer Amplitude austreten. Es sind bei dieser Art Ein - und Mehrkamraersysterae bekannt, teilv/eise mit in die Kammern eingeschobenen Rohrstüoken oder mit siebförmigen oder festen Trennwänden. ^Der Nachteil derartiger Ausdehnungskamrnern liegt darin, daß beim EinkarnrnersystenDlangwellige Pulsationen durch Ausdehnung und Reflexion gedämpft werden, daß aber die kurz- und ultrakurzwelligen Anteile der Pulsationen nur wenig gedämpft in die Austrittsöffnung gelangen, weil sie eich nicht kugelförmig ausbreiten, sondern als Stoßwellenfronten axial gerichtet bleiben und gebündelt sind, sich also verhalten wie Lichtwellen in optischen Fasern, Auch in den Rohrleitungen selbst, sogar in Schlauchleitungen, werden diese kurz- und ultrakurzwelligen Impulse wegen ihrer starken Ausrichtung zur Längsachse hin von den Leitungswagen nur geringfügig absorbiert und behalten inre Energie über weite Entfernungen bei, Mehrkam;nersystemp haben den Nachteil höheren Bauaufwandes und bedingen ferner nachteilige Umlenkungen oder Behinderungen des Voluiaenstromes unter Druckverlusten.

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Eine andere Art: bekanntbr .Üohäl-l'ct&nipfersyateme beruht auf d"m Prinzip,die Pulsationen durch Interferenz mit reflektierten Pulaationen zu löschen. Diese Systeme sind aber nur auf langwellige Pulsationen und in einem jeweils engen Frequenzbereich anendbar.

Eine weitere Art beruht im Prinzip darauf, Druckpulsationen in parallel zum Volumenstrom angeordneten Hydroapeichern aufzunehmen, wo sie durch deren Dämpfung absorbiert werden. Neben dem Nachteil, daß Hydroapeicher in vielen hydraulischen Systemen nicht verwendbar sind, weil sie die Steifigkeit der Kraftübertragung mindern, sind sie auch nur bei langwelligen Pulsat ionen anwendbar.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat einen Rohrleitungsschalldämpfer zum Ziele, der bei geringem konstruktiven Aufwand und geringem räumlichen Bedarf die Weiterleitung auch kurz- und ultrakurzwelliger Druckpuleationen behindert.

Erfindungsgemäß geschieht dies bei Verwendung einer an sich bekannten einfachen, zweckmäßigerweise zylindrischen Ausdehnungskammer daduroh, daß in oder gegenüber der Schalleintrittsöffnung der Ausdehnungskammer ein zentraler stabförmiger Reflektor angeordnet wird, dessen zur Eintrittsöffnung weisende Flächen gegen die Rohrlängaachse geneigt sind.

Dies hat den Vorteil, daß mit geringem Aufwand neben den sich von der Bintrittaöffnung aus kugelförmig ausbreitenden langwelligen Druckimpulsen auch die aich gebündelt gradlinig fortpflanzenden kurz- und ultrakurzwelligen Impulse entsprechend optischen Reflexionsgesetzen in radiale Richtung gelehfet werden, wodurch sie abgeschwächt werden und von den Wänden der Ausdehnungskammer absorbiert werden können.

In weiterer Ausb^l'djing' de's S;agejt'stζΐη(Jlea der Erfindung :,

i3t es zweckmäßig, die von dem zentralen Reflektor ;

in radiale Richtung abgelenkten kurz- und ultrakurzwelligen Druckimpulse aus der teilweise noch vorhandenen axialen ^

' ''ι Portpflanzungsrichtung weiter in radiale Richtung abzulenken. ;>;

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch , daß ringa um den zentralen stabförmigen Reflektor herum, unter Freilassung eines ausreichenden Querschnitts für die strömende Flüssigkeit, weitere, vorzugsweise ringförmige Reflektoren angeordnet ; werden, deren Flächen so geneigt sind, daß sie nach optischen Brechungs- und Spiegelungsgesetzen die von dem zentralen stabförmigen Reflektor abgelenkten Druckimpulse weiter in radiale Richtung ablenken, sodaß sie auf die zylindrische Wand der Ausdehnungskammer in stumpfem Winkel auftreffen/ *h*4 von dieser vorwiegend absorbiert, werden und ihre Reetenergie radial nach innen reflektiert wird.

Dies hat den Vorteil, daß die kurz- und ultrakurzwelligen Druckirapulse vollständig aus der ursprünglich zur Rohrleitung koaxialen Richtung abgelenkt werden und eich in der Flüssigkeitssäule der Rohrleitung nicht weiter fortpflanzen·

Eine zweckmäßige Form der ringförmig angeordneten Elemente wird erfindungegemäßin scheiben- oder kegelmantelförmigen Elementen gesehen, die außen an der zylindri-« sehen Innenwand der Ausdehnungskammer anliegen·

Außerdem können erfindungsgemäß solche Reflektorelemente auch als schraubenförmig ineinander übergehende Kegelmantelflächen ausgebildet werden. Dies hat den Vorteil einfacheren Einbaues»

Erfindungsgemäß können weiterhin die Abstände der einzelnen ringförmigen Reflektorelemente untereinander unterschiedlich gewählt werden. Dadurch werden langwellige Druckpulsationen unterschiedlicher,, Frequenzen durch Interferenz absorbiert·

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In weiterer Ausbildung von Schalldämpfern gemäß der Erfindung können die Räume der Ausdehnungskammeijzusätzlich schallabaorbierend gestaltet werden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Räume der Ausdehnungskammer mit schallabsorbierendem Material belegt werden, z.B. mit Schaumstoff. Dies hat den Vorteil, daß kurz- oder ultrakurzwellige Druckpul .'jationen in diffuse Richtungen abgelenkt werden. Auch können die Räume z.B. mit Schlauchmaterial oder geschlossenporigem Schaumstoff belegt werdenj in den geschlossenen Räumen dieser Materialien können die eingeschlossenen Gase die Wirkung von Druckspeicherblaeen haben und auftreffende Druckpulsationen dämpfen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der zentrale stabförmige Reflektor an seinem der Schalleintrittsöffnung der Ausdehnungskammer abgekehrten Teil erfindungsgemäß elastisch und körperschallisolierend aufgehängt werden. Dies hat den Vorteil, daß auch die von dem Reflektor nicht abgelenkte, sondern absorbierte Energie der Druckpulsationen nicht an die Rohrleitungen weitergegeben wird.

Weiter ist es für Schalldämpfer gemäß dem Erfindungsgegenstand vorteilhaft, innerhalb der Ausdehnungskammer die Richtung der strömenden Flüssigkeit möglichst wenig abzwLenken, Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der zentrale stabförmige Reflektor teilweise hohl ausgebildet und derart mit radialen öffnungen, z.B. Längsschlitzen,versehen wird, daß die Flüssigkeit ohne nennenswerte Umlenkung durch- und abströmen kann* Dadurch werden vorteilhafterweise die Strömungswiderstände des Schalldämpfers äußerst gering gehalten.

Ferner ist es zweckmäßig, Schalldämpfer gemäß der Erfindung gegen die angeschlossenen Rohrleitungen mittels körperschalldämmender RohranBchlüsse zu isolieren Erfindungsgemäß geschieht

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dies dadurch, daß'zur Ve jAjimiung· "der Rohrleitungen mit dem Gehäuse der Ausdehnungskammer Klemmverbindungen mit nichtmetallischen, körperschalldämmenden Werkstoffen verwendet werden.

Ein Beispiel eines Schalldämpfers gemäß der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt.

Darin ist (1) die einfache Ausdehnungskammer, ausgebildet als druckfestes zylindrisches Gefäß. Der stabförmige Eeflektor (2) ist zentral und koaxial angeordnet, mit den geneigten Reflexionsflächen gegenüber der links gelegenen Schalleintrittsöffnung.

Er ist in dem der Eintrittsöffnung abgewandten Teil hohl und hat Längsschlitze (3). Durch die Strömungspfeile wird die geringe Ablenkung der strömenden Flüssigkeit dargestellt.

Unter (4) sind die weiteren, hier ringförmigen Reflektoren dargestellt. Die gestrichelte Linie deutet an, wie die Spiegelung eines kurz- oder ultrakurzwelligen Druckimpuleesjaus der koaxialen in die radiale Richtung erfolgt. Die Abstände der einzelnen ringförmigen Reflektoren in a&aler Richtung sind unterschiedlich. Im hinteren Teil der Ausdehnungskammer

(5) sind die Zwischenräume mit dämmendem Material, im vorderen Teil mit gasgefüllten Schläuchen (6) belegt.Mit dem unter (7) dargestellten, federnden und schalldämpfenden zylindrischen Element wird der Reflektor(2) körpersohallisolierend im Gehäuse gehalten. Körperschallisolierende Klemmverbindungen sind zwischen dem Gehäuse der Ausdehnungskammer (1) und den angeschlossenen Rohrleitungen dargestellt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Ausbildungen und Anordnungen gemäß der Abbildung· Vielmehr werden andere

Ausbildungen und 'Anordnungen! -eihbezogen. So kann z.B. bei hydraulischen Systemen die Richtung des Körperschalls der Richtung der strömenden Flüssigkeit entgegengesetzt sein, z,B. bei Hydromotoren als schallerzeugenden Verdrängermaschinen. In diesem Falle verliefe in der Abbildung die Strömung von rechts nach links, während die Eintrittsöffnung des Schalles weiterhin links bliebe.

Es kann auch vorkommen, daß die Schallrichtung wechselt oder verschiedene Schallerzeuger gleichzeitig in einander entgegengesetzter Richtung Schall in die Rohrleitung senden« In solchen Fällen kann der zentrale stabförmige Reflektor an beiden Enden Reflexionsflächen haben, und Durchflußöffnungen sowie Halterung können sich am Mittelteil befinden. Die ringförmigen weiteren Reflektoren sind dann beidselts

Die Ausdehnungskammer kann auch so ausgebildet sein, daß zwar die reflektierenden und absorbierenden Teile von der Schalleintrittsöffnung her beaufschlagt werden, wie in der Abb. dargestellt, daß aber die Zu- oder Abflußöffnung für die Flüssigkeit eine radiale oder schrägradiale Richtung

Zur Abgrenzung der Merkmale des Erfindungsgegenstandes gegen die Merkmale bekannter Schalldämpfer wurden die folgenden Patentschriften herangezogen:
Deutsches Patentamt Nr. 2215083 ; Nr. 2354927 ; Nr. 2438794 ;

Nr. 2500723 ; Nr. 2521119 J Nr. 7515224 (GM)

Nr. 7437917

Claims

Anspruch 1 ;

Schalldämpfer für Flüssigkeitsrohrleitungen mit einfacher κ- Ausdehnungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß in oder

ft gegenüber der Schalleintrittsöffnung der Ausdehnungskammer

ein zentraler stabförmiger Reflektor angeordnet ist, dessen zur Schalleintrittsöffnung weisende Flächen gegen die Achse

i- der Eintrittsöffnung geneigt sind.

Anspruch 2 : _

Sciialldämpfer nach Anspruch 1 , dadurch besonders gekennzeichnet, daß rings um den zentralen stabförmigen Reflektor herum, unter Freilassung eines ausreichenden Querschnitts für die strömende Flüssigkeit, weitere, vorzugsweise ringförmige Reflektoren angeordnet sind, deren Flächen so geneigt sind, daß sie nach optischen Brechungsgesetzen bzw. Spiegelungsgesetzen die von dem zentralen stabförmigen Reflektor abgelenkten Druckimpulse weiter in radiale Richtung ablenken, sodaß sie auf die zylindrische Wand der Ausdehnungskammer in stumpfem Winkel auftreffen, von dieser vorwiegend absorbiert werden und ihre Restenergie radial nach innen reflektiert wird.

Anspruch 3 :

Schalldämpfer nach Anspruch 1 und 2 , dadurch besonders gekennzeichnet, daß die ringförmigen Reflektoren scheiben- oder ieegelmanteiförmig gestaltet sind und außen an der zylindrischen Innenwnd der Ausdehnungskammer unmittelbar oder über schalldäamende Randelemente angelegt werden.

Anspruch 4 :

Schalldämpfer nach Anspruch 2 und 3 , dadurch besonders gekennzeichnet, daß die rings um den zentralen stabförmigen Reflektor angeordneten Reflektoren als schraubenförmig ineinander übergehende Soheiben- oder Kegelmantelflachen geformt sind,

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Schalldämpfer nach Anspruch 2, 3 und 4 , dadurch besonders gekennzeichnet, daß die Abstände dor einzelnen ringförmigen Reflektoren oder der Schraubengängo in axialer Richtung unterschiedlich sind.

Anspruch 6 ;

Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis §, dadurch besonders gekennzeichnet, daß die Räume der Ausdehnungskanmer mit schallabaorbierendem Material belegt sind.

Anspruch 7 '·

Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch besonders gekennzeichnet, daß der zentrale stabförmige Reflektor elastisch und körperechallisolierend aufgehängt wird,

Anspruch 8 :

Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 7 , dadurch besonders gekennzeichnet, daß der zentrale stabförmige Reflektor teilweise hohl ausgebildet und derart mit radialen Öffnungen, z.B. Längsschlitzen, versehen wird, daß die Flüssigkeit ohno nennenswerte Umlenkung durch- und abströmen kann.

Anspruch 9 i

Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 8 , dadurch besonders gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Rohrleitungen mit dem Gehäuse der Ausdehnungskammer Klemmverbindungen mit nichtmetallischen, körperschalldämmenden Werkstoffen verwendet werden.