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Verfahren zum Dämpfen der Schwingungsenergie in einem schwingenden
Mittel Die 1?rfindung betrifft ein Verfahren zur Schalldämpfung und einen nach diesem
Verfahren arbeitenden Schalldämpfer z. B. für Verbrennungskraftmaschinen, Kompressoren
und ähnliche Maschinen, die infolge ihrer unstetigen Arbeitsweise oder wegen der
hohen Strömungsgeschwindigkeit, die im Schaufelsystem beispielsweise eines zentrifugal
oder axial arbeitenden Kompressors herrscht, ein starkes Geräusch aussenden, das
aus sich ändernden Tonfrequenzen zusammengesetzt ist, welche wesentlich von der
Antriebsgeschwindigkeit der Maschine abhängen. Das Geräusch ist oft so störend,
daß es eine Belästigung der Umgebung hervorruft und im schlimmsten Falle sogar den
menschlichen Körper schädigen kann; aus diesem Grunde versucht man, die Schallenergie
durch geeignete Maßnahmen und Vorrichtungen zu absorbieren. Da nur ein äußerst kleiner
Teil der Schallenergie vom Material durch das Gehäuse der Maschine auf die Umgebung
übertragen wird, während der größere Teil desselben durch die Zu-und Ableitungen
übertragen wird, ist die wichtigste Aufgabe, in diesenLeitungen wirksameDämpfungsvorrichtungen
zu schaffen, die die Übertragung der Schallwellen durch die Leitungsmündungen verhindern.
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Bekannte Schalldämpferformen für den angegebenen Zweck beruhen entweder
darauf, daß ein durch eine Leitung fließendes Mittel beim Durchgang durch ein Gitter
mit schmalen Schlitzen oder
bei plötzlichen Änderungen des Strömungsquerschnittes
bzw. der Strömungsrichtung des strömenden Mittels oder bei der Unterteilung des
Strömungsquerschnittes in eine große Anzahl rohrförmiger Kanäle mit kleinem Durchmesser
einen Teil seiner Schall- oder Schwingungsenergie verliert, oder man hat das Mittel
durch ein doppelwandiges Rohr mit durchlöcherter Innenwand geleitet, hei dem der
Zwischenraum zwischen den beiden Wänden mit einer porösen, schallabsorbierenden
Masse ausgefüllt war.
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Schalldämpfer der zuerst erwähnten Art weisen jedoch einen verhältnismäßig
hohen Strötnungswiderstand auf, der seinerseits einen ziemlich beträchtlichen Aaisti,eg
des Kraftverbrauchers der fraglichen .Maschine verursacht. Schalldämpfer der zweiten
Art mit durchlöcherter Innenwand und schallabsorbierender Masse zeigen einen kleineren
Strömungswiderstand als die Schalldämpfer der ersten Art, aber ihre Anwendung ist
auf verhältnismäßig holte Frequenzen beschränkt, während die niedrigeren Frequenzen
nicht unterdrückt werden können. Außerdem erfordert diese.Schalldämpferart mehr
Raum. ' Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schalldämpfer, der insbesondere zum Einbau
in Leitungs- sowie in Mündungsdämpfer geeignet ist, bewirkt praktisch ohne irgendwelche
zusätzliche Strömungsverluste des Arbeitsmittels eine wirksame Schallabsorption
jener Tonfrequenzen, die man auszuschalten wünscht. Gleichzeitig ist die Konstruktion
durch große 1?itifachlieit gekennzeichnet und erfordert im Vergleich mit den für
denselben Zweck bekannten Vorrichtungen einen kleinen Raum.
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Grundsätzlich werden gemäß der Erfindung zum Dämpfen der Sch"vingungsenergie
in einem Mittel Glieder benutzt, deren Eigenfrequenz mit den Frequenzen des schwingenden
Mittels übereinstimmt, und das erfindungsgemäße Dämpfungsverfahren ist im wesentlichen
dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des schwingenden Mittels dazu gezwungen
werden, Räume anzuregen, die mit einem schlitzförmigen Strömungskanal für das schwingen(le
:Mittel kommunizieren, wobei die Eigentrequenzen dieser Kammern ganz oder teilweise
mit dea Frequenzen des schwingenden Mittels zusammenfallen.
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L'tn ein solches Glied zu erhalten, sieht die Erfindung offene, an
einem Ende geschlossene Rohre vor, wobei (fiese Rohre vom strömenden Mittel gefüllt
sind und durch dasselbe in Schwingungen versetzt werden; diese Schwingungen löschen
durch Resonanz diejenigen Tonfrequenzen aus, die der natürlichen Schwingungszahl
der Rohre entsprechen. Solche Rohre sind leicht für verschiedene Frequenzen zu berechnen
(ihre Länge sollte '/a der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingung sein), und sie
sind billig herzustellen, so daß es keinerlei Schwierigkeiten bereitet; Schalldämpfer
für die in Frage stehenden Frequenzen zu bauen.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die "Zeichnungen
beschrieben, die beispielsweise einige bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Schalldämpfer wiedergeben. In den Zeichnungen ist Fig. i ein Längsschnitt durch
eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Schalldämpfers, Fig. 2 eine Abänderung
dieser Ausführungsform, Fig. 3 ebenfalls im Längsschnitt eine andere Ausführungsform,
die insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß das Eitibativolumen einer gewissen
Anzahl von Rohren gegebener Abmessungen klein wird, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsfreispiel,
@velches ähnlich wie die Ausführungsforen nach Fig. 3 besonders für den Einbau -in
eine Leitung an irgendeinem beliebigen Punkte geeignet ist, da die Einlässe und
auch die _",uslässe des Schalldämpfers mit gleichen Abmessungen hergestellt und
zum direkten Anschluß mit Flanschen versehen werden können.
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Der Schalldämpfer nach heg. i besteht aus einer kreisförmigen Platte
t, an deren einer Seite eine Anzahl konzentrisch angeordneter zylindrischer Wände
2 verschiedener I_ättge angeordnet ist, wobei diese Wände Rohre bilden, die durch
die Platte t geschlossen sind. Das innerste Rohr ist (las längste und das äußerste
(las kürzeste, so daß die Rohre Eigenfrequenzen erhalten, die sich mit der Länge
ändern. Darüber hinaus sind die Rohre derart ausgebildet, (laß die Querschnitte
aller verschiedenen Rohre im wesentlichen gleich groß und vorzugsweise etwa halb
so groß sind wie der Querschnitt des Strömungsweges für (las schwingende Mittel,
wobei dieser Querschnitt an jeder Stelle des Schalldämpfers praktisch gleich groß
sein sollte. Die die Rohre tragende kreisförmige Platte i weist an ihrem Umfange
einen Flansch 3 auf, der in Längsrichtung der Rohre vorsteht und dazu dient, die
Platte i in einem umschließenden Gehäuse 4 mittels einer Anzahl radial angeordneter
Bolzen 3 zu tragen. Dieses Gehäuse 4 ist mit eitlen' \tischlußflansch 6 versehen
und an der anderen Seite mit einer konisch gestalteten Hülse 7 verbunden, die eine
Öffnung 8 aufweist. - Wenn ein solcher Schalldämpfer als ;Mündungsschalldämpfer
l)eiiutztwird, so wird seine Öffnung 8 derart an die Eitilaßleitung der Maschine
angeschlossen, deren Geräuschwellen der erfindungsgemäße Schalldämpfer dämpfen soll,
daß die durch den Schalldämpfer strömende Luft durch die schlitzförmige Öffnung
9 zwischen dem Flansch 3 und dem Gehäuse 4 eintritt. Die von der :Maschine ausgehenden
Schallwellen werden dann durch die Rohre gedämpft, welche mit stillstehender Luft
gefüllt sind. Diese Schalldämpferart kann aber auch mit Vorteil an die :luslaßleitung
der Maschine dadurch angeschlossen werden, daß diese Leitung an die Öffnung 8 des
konischen Gefäßes 7 gelegt wird. Die Schallwellen von der ?Maschine werden während
der Strömung des Gases oder der Luft durch den Schalldämpfer gerade wie im vorerwähnten
Fall durch die Rohre gedämpft, die in Richtung auf den Auslaß der Maschine geöffnet
sind.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, in dem diejenigen
Einzelheiten, die denen der Fig. i entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen
sind, unterscheidet sich von der :ltisführungsform
nach Fig. i im
wesentlichen dadurch, daß die konische Hülse in an sich bekannter Weise mit einer
doppelten Wand versehen ist. Diese Hülse besteht aus einer inneren Wand i o, die
mit Durchbohrungen versehen ist, und einem äußeren Gehäuse i i, zwischen welchem
sich ein mit porösem schallabsorbierendem :Material 12, z. B. Asbest, Glaswolle
od. dgl., gefüllter Raum befindet, um auch diejenigen Frequenzen zu dämpfen, die
nicht durch die Rohre unterdrückt werden. Ziffer 13 bezeichnet einen Deckel, der
mittels der Schrauben 14 auf das Gehäuse i i aufgeschraubt ist und gegen den Endteil
der Innenwand io drückt.
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Das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet im wesentlichen
in derselben Weise wie die in Fig. i und 2 dargestellten Ausführungsformen. [)er
in Fig. 3 dargestellte Schalldämpfer, der mit Rohren i g, 16 versehen ist, die an
beiden Seiten einer zylindrischen oder kreisförmigen Platte 17 befestigt sind und
deren Öffnungen daher nach entgegengesetzten Richtungen liegen, bietet jedoch, wie
oben erwähnt, im Vergleich zu den anderen Ausführungsbeispielen den Vorteil, daß
das Einbauvolumen für eine gewisse Anzahl von Rohren gegebener Abmessungen klein
wird. Durch diese Anordnung-kann daher der Durchmesser des Schalldämpfers erheblich
herabgesetzt werden. Ferner können infolge der doppelkonusförmigen Gestalt dieses
Ausführungsbeispielen die Ein- und Auslaßöffnungen 8 bzw. i8 gleich ausgebildet
werden. Außerdem besteht bei dieser Ausführungsform das äußere Gehäuse aus einem
zylindrischen Teil ig und zwei konischen Hülsen 20 und 21, die an diesem Teil i9
befestigt sind.
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1)ie Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, die in
Fig.:I dargestellt ist, ist ebenfalls durch ein kleines Einbauvolumen ausgezeichnet,
welches dadurch erhalten wird, daß die Grundplatte ( i bzw. 17 in den Fig. i bis
3), die die verschiedenen offenen Rohre trägt, durch eine konisch gestaltete Platte
22 ersetzt ist, an der die Rohre 23 befestigt und derart angeordnet sind, daß der
Schalldämpfer auch in diesem Falle Doppelkonusform annimmt. Ähnlich wie bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann auch diese Ausführungsform vorteilhaft in jedem
Punkt einer Leitung eingebaut werden. Auch können in diesem Falle ihre Einlässe
und Auslässe 8, 18 gleich ausgebildet und mit Flanschen für den direkten Anschluß
ausgerüstet sein. Darüber hinaus bietet dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil,
daß die konisch gestaltete Platte 22, welche die offenen Rohre 23 trägt, sehr formfest
ist, obgleich sie von sehr viel geringerer Dicke ist als die kreisförmigen Platten
i bzw. 17, die hei den anderen Ausführungsformen zum Tragen der Rohre benutzt werden.
Schließlich wird die konische Form, die für die Strömung zweckmäßig ist, in diesem
Falle von selbst erhalten.
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Bei allen Ausführungsformen ist der konische Schalldämpferkörper derart
von einem Gehäuse umschlossen, claß zwischen diesem (Gehäuse und einer gedachten
Verbindungsfläche zwischen den freien l'Ardkanten der verschiedenen Rohre ein Strömungskanal
gebildet ist. Gemäß der Erfindung sollte. dieser Kanal derart bemessen werden, daß
der radiale Abstand von einer freien Rohrkante zum Gehäuse stets klse!in ist im
Vergleich zur Länge des zugeordneten Rohres.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Ausführungsform o bei der die
Länge der schalldämpfenden Kammern eine Reihe mit den Längen i, '/:, '/s, '/4, '/5
usf. bildet, wo i gleich '/a der Wellenlänge des Grundtones jener Schwingung ist,
die gedämpft werden soll, und '/z gleich '/a der ersten Oberschwingung ist usw.
Diese Anordnung, ist zweckmäßig, wenn die zu dämpfende Schwingung bekannte und konstante
Wellenlängen aufweist, die z. B. von einem Kompressor mitkonstanter Antriebsgeschwindigkeit
ausgehen. Darüber hinaus können die freien Endteile der Rohre stromlinienförmig
ausgebildet werden, z. B. durch Anbringung eines stromlinienförmig verdickten Teiles
an der Außenseite der Rohre. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß bei einem
bestimmten Druckabfall im Schalldämpfer große Strömungsgeschwindigkeiten erhalten
werden können und daß in Verbindung damit gemäß der Erfindung alle Abmessungen mit
Ausnahme der Länge herabgesetzt werden können. Die Erfindung umfaßt auch eine solche
Ausführungsform, bei der die Oszillatorkammern, die an einen schlitzförmigen Kanal
angeschlossen sind, im wesentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordnet
sind.
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Die Erfindung ist naturgemäß nicht auf die beschriebenen und dargestellten
Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in vielfacher Weise abgeändert werden,
ohne daß der Erfindungsbereich verlassen wird. Beispielsweise kann man an Stelle
konzentrischer Rohre parallele Rohre oder Zellen, die nebeneinander angeordnet sind,
benutzen. Außerdem kann der innere schallabsorbierende Körper durch das umgebende
Gehäuse mittels schallisolierender Glieder getragen werden, z. B. durch sog. Dämpfblocks.