WO2010089283A1 - Schalldämpfer mit helikalen einbauten - Google Patents

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WO2010089283A1
WO2010089283A1 PCT/EP2010/051217 EP2010051217W WO2010089283A1 WO 2010089283 A1 WO2010089283 A1 WO 2010089283A1 EP 2010051217 W EP2010051217 W EP 2010051217W WO 2010089283 A1 WO2010089283 A1 WO 2010089283A1
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WO
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gas
helical
silencer
gas channel
installation
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PCT/EP2010/051217
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Jörg MELCHER
Daniel Fingerhut
Christian Melcher
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/081Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling by passing the gases through a mass of particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/089Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using two or more expansion chambers in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/12Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using spirally or helically shaped channels

Definitions

  • the invention relates to a silencer with at least one gas channel through which a gas flows and the features of the preamble of the independent patent claim 1.
  • the flowing gas should be able to pass through as unhindered as possible.
  • the flowing gas propagating sound waves which are to be understood here as any fast pressure fluctuations of the flowing gas, but should be as damped as possible.
  • mufflers In addition to silencers, in which sound waves energy is removed by gas friction in porous material and converted into heat, are also known mufflers that absorb sound dynamically. In engineering they are referred to as acoustic absorbers, in physics as dynamic absorbers. These are resonance systems that absorb sound occurring at their natural frequency very well and can dissipate in the sequence. Examples include so-called hole or Helmholtz resonators. It is also part of the measures known in the field of dynamic sound absorbers to build up acoustic resonators with the aid of one or more cross-sectional jumps, ie changes in the diameter of the pipe delimiting a gas duct. As a result, however, the flow resistance for the gas flowing through the muffler gas is drastically increased.
  • a helical installation is provided in a gas channel through which a gas flows, which gives a helical course to an interior region of the gas channel.
  • the sound is to be reduced at the helical surfaces of the helical installation by reflection and scattering and subsequent absorption in the channel wall of the gas channel and also prevented due to the so-called cut-off effect on its propagation.
  • the gas channel is surrounded by an annular channel which communicates via perforations with the gas channel and is arranged in the sound absorption material, such as ceramic wool.
  • a vote on one or more main sound frequencies, ie a particularly high efficiency at these main sound frequencies is not possible in the known muffler.
  • DE 10 2004 006 031 A1 discloses a device for reducing pressure pulsations in fluid-carrying line systems.
  • a throttle body is arranged in a line of the conduit system, which has a helical coil whose screw axis is aligned in the propagation direction of the pressure pulsations in the conduit.
  • the pressure pulsations interact with the helical coil.
  • This may be a passive interaction under elastic shaping of the helical coil.
  • the helical coil can be activated actively.
  • It can also be arranged a plurality of throttle body in the form of helical coils in a fixed distance between the throttle bodies in a row in the respective line.
  • the teaching of DE 10 2004 006 031 A1 expressly, unlike that of DE 199 32 714 A1, does not relate to gas flow-through, but only to liquids leading piping systems.
  • an absorber for absorbing airborne sound in which an acoustic series circuit and an acoustic parallel circuit are coupled together, wherein the acoustic series circuit is a Helmholtz resonator.
  • This Helmholtz resonator consists of a hollow body with an air volume and a cross-sectional constriction as an opening.
  • the parallel circuit is also a resonator, which is realized by a parallel connection of an acoustic suspension - realized by an air volume - with an acoustic mass, which is given by the oscillating air in a neck.
  • the acoustic series circuit and the acoustic parallel circuit are tuned to the same resonant frequency.
  • the known absorber as such is not traversed by a gas, but is provided to form a generally gas-tight wall in a sound-absorbing manner.
  • the temporary entry of gas into the hollow body or air volumes of the known absorber unlike a gas-flowed muffler, does not lead to any net gas flow that runs through it.
  • GB 460,148 A discloses a further muffler for internal combustion engines with the feature of the preamble of independent claim 1.
  • embodiments of the known muffler which have a plurality of gas channels, which is divided by the flowing gas.
  • Helical internals may be provided inside the gas channels.
  • the helical internals may have at their ends inlet and outlet areas in which their diameter in the direction of flow of the gas steadily approaches from the inside to the wall of the gas channel and from this.
  • the slope of the helical internals of the known muffler can be variable.
  • the gas channels may also have tapers and extensions of their free cross section along their main extension direction.
  • the multiple gas channels are z. B. are used for the extinguishing superposition of sound waves, which propagate in the flowing gas.
  • the invention has for its object to provide a muffler with the features of the preamble of independent claim 1, which has a high noise attenuation compared with the flow resistance of the gas through the muffler with passive means.
  • dampers are described in the dependent claims 2 to 14.
  • the dependent claim 15 relates to preferred uses of the new silencer.
  • a Helmholtz resonator is formed in the gas channel, which is excited in the gas channel by means of at least one helical installation in a gas channel through which a gas flows, the installation an inner region of the gas channel spread the gas channel flowing gas.
  • a cavity in the flow direction of the gas is limited by opposing impedance jumps for the propagating in the gas sound waves.
  • energy is trapped by a continuous sound wave whose wavelength matches the length of the cavity, i. H. to which the Helmholtz resonator is tuned.
  • the gas channel can be free, ie have no helical installation.
  • the muffler may also have another helical installation adjacent thereto or other characteristics of the helical installation adjacent thereto.
  • the opposing impedance jumps for limiting the cavity of the Helmholtz resonator can be set not only by the termination and resumption of helical installation on both sides of the cavity, but also by opposing changes in the pitch and / or diameter of the at least one helical installation.
  • the at least one helical installation including a wall of the gas channel surrounding it, can have at least two local constrictions or at least one local expansion.
  • a constriction has - acoustically speaking - the effect of an inertial mass whose impedance becomes very high for high frequencies. In particular, the high frequencies are not allowed to pass through such a constriction.
  • a Helmholtz resonator is formed according to the invention.
  • the helical installation causes a reduced power dissipation of the gas flowing through the constrictions, by passing the gas through the constriction, thus preventing, in particular, turbulent turbulence of the gas behind the constriction.
  • An expansion acts like a spring, so it is very high-impedance at low frequencies.
  • the helical installation prevents turbulence associated with loss of the gas flowing into the expansion.
  • a Helmholtz resonator can already be formed within such an expansion between its flanks.
  • the gas channel of the new muffler may have a circular cross-sectional area which is spanned by the at least one helical installation with a double-flighted HeNx.
  • a circular cross-sectional area of the gas channel a single helix for the formation of the helical installation is generally inadequate, since it leaves a passage region for sound waves, which is almost unaffected by it, close to its axis.
  • the gas channel has an annular cross-sectional area, it is sufficient if it is spanned by the helical installation with at least one helical coil.
  • the new muffler also several gas channels may be provided, to which the flowing gas is divided.
  • one of these gas passages may have a circular cross-sectional area and another of these gas passages may have an annular cross-sectional area lying around it.
  • this is designed as a two-circuit resonant absorber, in which in two gas ducts, on which the flowing Gas is distributed to the same frequencies of stimulating sound waves tuned Helmholtz resonators are provided, of which the one or more Helmholtz resonators are designed in the one gas channel as an acoustic parallel circuit and the Helmholtz or the resonators in the other gas channel as an acoustic series circuit.
  • a dual-circuit resonant absorber as already known in principle from DE 195 33 623 B4, is used for the first time in a gas-flow system in which the gas flows through the Helmholtz resonators themselves.
  • a plurality of Helmholtz resonators can also be formed one behind the other in a gas channel. This is preferred, for example, to attenuate sound waves with a particularly disturbing main sound frequency as completely as possible. In this case, all or at least several of the Helmholtz resonators arranged one behind the other are then to be matched to precisely this main sound frequency.
  • Helmholtz resonators connected in series can also be tuned to different frequencies, whereby in turn for each frequency a plurality of Helmholtz resonators can be provided.
  • the at least one helical installation of the new silencer is actively deformable.
  • this active deformability can be used to detune a Helmholtz resonator formed by means of the helical installation.
  • in the quasistatic range it is possible to vary the impedance jumps occurring at the helical installation.
  • active generation of antisound by active dynamic deformation of the helical assembly is also possible to provide an actively sound-attenuating effect in addition to the passive-absorbing function of the Helmholtz resonators.
  • the sound waves at the ends, especially at the entrance of the new muffler should not reflect unnecessary become.
  • a low-reflection, soft impedance transition is obtained when the helical installation has at least one end of the muffler an inlet or outlet region by its diameter in the direction of flow of the gas steadily approaches from the inside to the wall of the gas channel or from this. The sound waves thus reach almost completely into the new silencer and are then selectively absorbed there.
  • Applications for the new silencer are available for all gas-flow pipes, where the gas leads unsteady pressure fluctuations and in particular sound waves.
  • Such tubes exist in internal combustion engines, heaters, such as for the exhaust air of a burner, ventilation systems and the like.
  • the new muffler can be used advantageously when the sound waves or unsteady pressure fluctuations have a fixed frequency to which the Helmholtz resonator is tunable.
  • a silencer is shown in a perspective side view with cut-wall of a gas channel in each case.
  • FIG. 1 shows a first silencer according to the invention, in which two Helmholtz
  • Resonators which are tuned to the same frequencies, are formed in a gas channel through which the ends are designed so that they are free of reflection for sound waves.
  • 2 shows a silencer according to the invention, in which only one Helmholtz
  • Resonator is formed in a flowed through gas channel. Again, the ends of the muffler for sound waves are designed to be low reflection.
  • FIG. 3 shows a modification of the silencer according to the invention according to FIG. 1, in which the two end-side helical internals have larger numbers of turns than in the embodiment according to FIG. 1.
  • Fig. 4 shows a modification of the silencer according to the invention according to the
  • Fig. 5 shows a modification of the silencer according to the invention according to the
  • Fig. 1 and 3 in which three Helmholtz resonators, which are tuned to the same frequencies, are formed one behind the other in the gas channel.
  • Fig. 6 shows a modification of the silencer according to the invention according to the
  • Fig. 1 and 3 in which four Helmholtz resonators, which are tuned to the same frequencies, are formed one behind the other in the gas channel.
  • Fig. 7 shows a modification of the silencer according to the invention, in which a total of six Helmholtz resonators are formed one behind the other in the gas channel. Unlike in the previous figures, the end-side helical internals in this embodiment, no inlet or outlet areas with low sound reflection on.
  • FIG. 8 shows a muffler according to the invention, in which two Helmholtz resonators are formed by three constrictions of a helical installation in the gas duct together with the wall of the gas duct.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the silencer according to the invention, in which a Helmholtz resonator is formed by an expansion of the cross section of the gas channel together with the helical installation provided therein.
  • Fig. 10 shows a silencer according to the invention with a series circuit of a
  • Helmholtz resonator according to FIG. 8 a Helmholtz resonator according to FIG. 9 and a further Helmholtz resonator according to FIG. 8, wherein the constrictions and the expansion are less pronounced than in the preceding FIGS. 8 and 9.
  • Fig. 11 shows an embodiment of the new silencer, in which the flowing
  • Gas is divided into two gas channels, in each of which a Helmholtz resonator is formed, which are tuned to the same resonant frequency, but one of which is designed as an acoustic parallel circuit and the other as an acoustic series circuit.
  • Fig. 12 shows an embodiment of the silencer according to the invention, in which in
  • a silencer 1 outlined in FIG. 1 has three helical internals 4, 5 and 6 in a tube 2 with a wall 3.
  • the helical installation 5 lies between the end-side helical internals 4 and 6 and has a same free distance 7 in the direction of the tube axis 8 of the tube 2 for each of these.
  • Each of the helical internals 4-6 consists of a twinned HeNx 9 twisted around the tube axis 8.
  • the diameter of the double-start HeNx 9 of the end-side helical internals 4 and 6 increases continuously from zero to the diameter of the tube 2. Wherever the two-start HeNx 9 has the diameter of the tube 2, it is firmly mounted on the wall 3.
  • the double-flighted helices 9 impart a helical course to an inner region 10 of a gas channel 1 1 leading through the tube 2 and bounded by the wall 3 thereof.
  • each of the double-flighted helices 9 delimits two helically extending part inner regions 12 of the gas channel 8 from one another.
  • the helical internals 4-6 For a gas flow along the tube axis 8 through the gas channel 11 mean the helical internals 4-6, although an increase in the flow resistance. However, this increase in the flow resistance is comparatively small. For yourself in the flowing gas wide sound waves, however, mean that the helical internals 4-6 show a strong variation of the impedance.
  • This variation is continuous at the ends of the muffler 1 due to the continuously changing diameters of the double-flighted helices.
  • impedance jumps occur.
  • two Helmholtz resonators 13 are formed in the muffler 1, the cavities or cavities 14 correspond to the free pipe cross section along the distances 7.
  • Both Helmholtz resonators 13 are tuned by the same distances 7 to the same frequencies, which is a main sound frequency, which occurs in the gas flowing through the gas channel 11 gas. Sound waves with this main sound frequency is deprived of energy by the Helmholtz resonators 13, which is ultimately converted into heat. This is done in comparison to the efficiency of the sound attenuation only minimal impairment of the gas flow, ie with minimal flow resistance for the flowing gas.
  • the embodiment of the muffler 1 according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that only one Helmholtz resonator 13 is formed, in which no additional helical installation between the helical internals 4 and 6 is provided.
  • the geometric relationships in the helical internals 4 and 6 are different than in Fig. 1, by the number of turns greater and the end inlet or outlet areas in which the diameter of the helical two-helical 9 steadily from zero to the diameter of the tube 2 extended, longer stretched.
  • the frequency to which the respective muffler 1 is tuned depends essentially on the length of the cavity 14 of its Helmholtz resonators 13, d. H. from the distance 7. This length must be adjusted so that waves standing here can form with the wavelength of the main sound frequency of interest. That is, it depends not only on the geometric distance 7 but also on the speed of sound propagation within the gas channel 10 and thus on the gas guided therefrom and its state.
  • the muffler 1 according to FIG. 3 again essentially corresponds to FIG. 1, d. H. There is again an additional helical installation 5 available. However, the geometric data of the muffler 1 are varied compared to FIG.
  • the muffler 1 according to FIG. 4 differs from those according to FIGS. 1 and 3 again by its geometrical dimensions. While so far all two-stringed Helices 9 in the helical internals 4 to 6 had the same slope, here in the helical installation 5 a strongly deviating upward slope is provided. In this way, a further Helmholtz resonator 15 may be formed, the cavity of which extends along the helical partial inner regions 12 in the region of the helical installation 5. In principle, the formation of such a further Helmholtz resonator 15 is conceivable in all helical installations 4-6.
  • the attenuation within the helical internals 4-6 at a smaller pitch of the double-flighted helices 9 for the formation of an effective resonator is quickly too large.
  • the function as a Helmholtz resonator is also hindered by the outgoing diameter of the double-flighted helices 9, because this means a flowing impedance transition and no impedance jump.
  • a flowing impedance transition does not reflect sound waves in the gas within the gas channel 11 and is therefore unsuitable for limiting the cavity of a Helmholtz resonator.
  • this flowing transition serves specifically to allow the sound waves initially to enter the silencer 1 unhindered, in order then to absorb them there.
  • the silencer 1 according to FIG. 5 again has in all helical internals 4-6 equal gradients of the double-flighted helices 9. However, two helical internals 5 are now provided between the end-side helical internals 4 and 6. Also between these helical internals 5 is the same distance 7 as before to the helical internals 4 and 6. Accordingly, three Helmholtz resonators 13 are formed here. Depending on the configuration of the helical internals 5, additional Helmholtz resonators 15 (not shown here) may in principle also be formed in their regions.
  • the muffler 1 according to FIG. 6 also has a further central helical installation 5, so that a total of four Helmholtz resonators 13 are formed here between the helical internals 4-6.
  • the pitch of the double-flighted helices 9 of the helical internals 5 is significantly smaller than in the case of the double-flighted helices 9 of the end-side helical internals 4 and 6.
  • FIG. 7 shows a silencer 1 in which six Helmholtz resonators are formed over the free spacings 7 with the aid of a total of five central helical internals 5 between the end-side helical internals 4 and 6, and in which the end-side helical internals are formed 4 and 6 abruptly, ie with full diameter of their double-flighted Helices 9 end.
  • an impedance jump is formed at the ends of the muffler 1.
  • an additional Helmholtz resonator 15 can also be formed here within each helical installation 4-6.
  • Fig. 8 outlines a muffler 1, in the tube 2 only a single helical installation 4 is provided. This helical installation 4 runs at both ends of the muffler 1 to the
  • Pipe axis 8 steadily decreasing diameter of its two-start HeNx 9 out, there to form low-reflection transitions.
  • the helical installation 4 and the tube 2 have three common constrictions 17.
  • the tube 2 and the helical installation 4 instead of the constrictions 17 according to FIG. 8 have a widening 19 for forming a Helmholtz resonator 18 between their flanks 20.
  • the whole expansion 19 also acts like a spring.
  • constrictions 17 according to FIG. 8 and the widening 19 according to FIG. 9 are combined to form different Helmholtz resonators 16 and 18.
  • the principle known from DE 195 33 623 B4 principle of a dual-circuit resonant absorber is applied with an acoustic series circuit and an acoustic parallel circuit to a muffler for a flowing gas.
  • the gas is divided into two gas channels 21 and 22, wherein the gas channel
  • 21 is an annular channel extending between the tube 2 and an inner tube 23, during the
  • Gas channel 22 passes through the inner tube 23.
  • the inner regions 24 and 25 of the gas channels 21 and 22 are here each formed by helical internals 26 and 27 to screw flights.
  • the helical internals 6 in the annular gas channel 21 can also be single helices, as shown here. With the helical internals 26 and 27, Helmholtz resonators 28 and 29 are formed in both gas channels 21 and 22, but here the order of helical internals 26 and 27 and their free distances between the gas channels 21 and 22 is reversed. D. h., At the ends of the gas channel 21 are helical internals and at the ends of the gas channel 22 are free spaces. The acoustic parallel circuit forms the gas channel 22, which has the end-side free spaces. These form acoustic springs, while the helical internals 26 and 27 correspond to acoustic masses.
  • a particularly high absorption power is achieved at the main sound frequency, to which the individual Helmholtz resonators 28 and 29 are tuned.
  • the two embodiments of the muffler according to FIGS. 11 and 12 differ by the geometric structure of the helical internals 26 and 27.

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Abstract

Ein Schalldämpfer (1) weist mindestens einen von einem gasdurchströmten Gaskanal (11) auf, in dem mindestens ein helikaler Einbau (4) vorgesehen ist, der einem Innenbereich (10) des Gaskanals einen schraubenförmigen Verlauf verleiht. Mittels des mindestens einen helikalen Einbaus (4) ist in dem Gaskanal (11) ein Resonator (13) ausgebildet, der von Schallwellen angeregt wird, welche sich in dem strömenden Gas ausbreiten.

Description

SCHALLDÄMPFER MIT HELIKALEN EINBAUTEN
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalldämpfer mit mindestens einem von einem Gas durchgeströmten Gaskanal und den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Durch einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer soll das strömende Gas möglichst ungehindert hindurch treten können. Sich in dem strömenden Gas ausbreitende Schallwellen, unter denen hier auch jedwede schnelle Druckschwankungen des strömenden Gases zu verstehen sind, sollen jedoch möglichst gedämpft werden.
STAND DER TECHNIK
Neben Schalldämpfern, in denen Schallwellen Energie durch Gasreibung in porösem Material entzogen und in Wärme umgesetzt wird, sind auch Schalldämpfer bekannt, die Schall dynamisch absorbieren. Im Ingenieurwesen werden sie als akustische Tilger, in der Physik als dynamische Absorber bezeichnet. Es handelt sich um Resonanzsysteme, die bei ihrer Eigenfrequenz auftretenden Schall sehr gut absorbieren und in der Folge dissipieren können. Beispiele hierfür sind sogenannte Loch- oder Helmholtz-Resonatoren. Zu den auf dem Gebiet der dynamischen Schallabsorber bekannten Maßnahmen gehört es auch, mit Hilfe eines oder mehrerer Querschnittssprünge, d. h. Durchmesserveränderung des einen Gaskanal begrenzenden Rohrs, akustische Resonatoren aufzubauen. Hierdurch wird jedoch der Strömungswiderstand für das durch den Schalldämpfer strömende Gas drastisch erhöht. Aus der DE 196 44 089 A1 ist ein Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 bekannt. Hier ist in einem von einem Gas durchströmten Gaskanal ein helikaler Einbau vorgesehen, der einem Innenbereich des Gaskanals einen schraubenförmigen Verlauf verleiht. Der Schall soll an den helikalen Flächen des helikalen Einbaus durch Reflexion und Streuung sowie anschließende Absorption in der Kanalwand des Gaskanals reduziert und außerdem aufgrund des sogenannten Cut-Off- Effekts an seiner Ausbreitung gehindert werden. Zur Absorption in der Kanalwand des Gaskanals ist der Gaskanal von einem Ringkanal umgeben, der über Perforationen mit dem Gaskanal kommuniziert und in dem Schallabsorptionsmaterial, wie beispielsweise Keramikwolle, an- geordnet ist. Eine Abstimmung auf eine oder mehrere Hauptschallfrequenzen, d. h. ein besonders hoher Wirkungsgrad bei diesen Hauptschallfrequenzen ist bei dem bekannten Schalldämpfer nicht möglich.
Aus der DE 199 32 714 A1 ist es bekannt, eine helikale Membran, die mit Antischall erzeugenden Elementen ausgerüstet ist, in einer rohrförmigen und luftdurchströmten Vorrichtung anzuordnen, um Schall in der rohrförmigen Vorrichtung aktiv zu dämpfen. Aktive Schalldämpfung mit Antischall erzeugenden Elementen verlangt nach einer aktiven Ansteuerung dieser Elemente und ist entsprechend aufwändig.
Aus der DE 10 2004 006 031 A1 ist eine Vorrichtung zur Reduzierung von Druckpulsationen in Flüssigkeiten führenden Leitungssystemen bekannt. Dabei wird ein Drosselkörper in einer Leitung des Leitungssystems angeordnet, der eine Schraubenwendel aufweist, deren Schraubenachse in der Ausbreitungsrichtung der Druckpulsationen in der Leitung ausgerichtet ist. Die Druckpulsationen wechselwirken mit der Schraubenwendel. Dabei kann es sich um eine passive Wechselwirkung unter elastischer Formung der Schraubenwendel handeln. Alternativ kann die Schraubenwendel aktiv angesteuert werden. Es können auch mehrere Drosselkörper in Form von Schraubenwendeln in einem festen Abstand zwischen den Drosselkörpern hintereinander in der jeweiligen Leitung angeordnet werden. Die Lehre der DE 10 2004 006 031 A1 bezieht sich ausdrücklich anders als diejenige der DE 199 32 714 A1 nicht auf gasdurchströmte, sondern nur auf Flüssigkeiten führende Leitungssysteme.
Aus der DE 195 33 623 B4 ist ein Absorber zur Absorption von Luftschall bekannt, bei dem ein akustischer Serienkreis und ein akustischer Parallelkreis miteinander gekoppelt sind, wobei der akustische Serienkreis ein Helmholtz-Resonator ist. Dieser Helmholtz-Resonator besteht aus einem Hohlkörper mit einem Luftvolumen und einer Querschnittsverengung als Öffnung. Der Parallelkreis ist ebenfalls eine Resonator, der aus einer Parallelschaltung einer akustischen Federung - realisiert durch ein Luftvolumen - mit einer akustischen Masse, die durch die in einem Hals schwingende Luft gegeben wird, realisiert ist. Der akustische Serienkreis und der akustische Parallelkreis sind auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt. Der bekannte Absorber wird als solcher nicht von einem Gas durchströmt, sondern ist zur Ausbildung einer grundsätzlich gasdichten Wandung in schallabsorbierender Weise vorgesehen. Das vorübergehende Eintreten von Gas in die Hohlkörper bzw. Luftvolumina des bekannten Absorbers führt anders als bei einem gasdurchströmten Schalldämpfer zu keinem hierdurch verlaufenden Nettogasstrom.
Die GB 460,148 A offenbart einen weiteren Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit dem Merkmal des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1. Dabei werden Ausführungsformen des bekannten Schalldämpfers beschrieben, die mehrere Gaskanäle aufweisen, auf die sich das strömende Gas aufteilt. Im Inneren der Gaskanäle können helikale Einbauten vorgesehen sein. Die helikalen Einbauten können an ihren Enden Einlauf- und Auslaufbereiche aufweisen, in denen sich ihr Durchmesser in der Strömungsrichtung des Gases stetig von innen an die Wandung des Gaskanals annähert bzw. von dieser entfernt. Die Steigung der helikalen Einbauten des bekannten Schalldämpfers kann variabel sein. Die Gaskanäle können auch Verjüngungen und Erweiterungen ihres freien Querschnitts längs ihrer Haupterstreckungs- richtung aufweisen. Die mehreren Gaskanäle werden z. B. zur auslöschenden Überlagerung von Schallwellen genutzt werden, welche sich in dem strömenden Gas ausbreiten.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, der mit passiven Mitteln eine hohe Schalldämpfung verglichen mit dem Strömungswiderstand des Gases durch den Schalldämpfer aufweist.
LÖSUNG
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des neuen Schall- - A -
dämpfers sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 14 beschrieben. Der abhängige Patentanspruch 15 betrifft bevorzugte Verwendungen des neuen Schalldämpfers.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird mittels mindestens eines helikalen Einbaus in einem von einem Gas durchströmten Gaskanal, wobei der Einbau einem Innenbereich des Gaskanals einen schraubenförmigen Verlauf verleiht, ein Helmholtz-Resonator in dem Gaskanal ausgebildet, der von Schallwellen angeregt wird, welche sich in dem durch den Gaskanal strömenden Gas ausbreiten. Mit Hilfe eines oder mehrerer helikaler Einbauten in den Gaskanal ist es möglich, darin einen Helmholtz-Resonator auszubilden, der zwar von Gas mit relativ niedrigem Strömungswiderstand durchströmbar ist, der aber dennoch in der Lage ist, in erheblichem Umfang Energie aus sich in dem strömenden Gas ausbreitenden Schallwellen zu entziehen. Hierdurch werden diese Schallwellen stark gedämpft, ohne die Gasströmung stark zu drosseln. Dies beruht darauf, dass es mittels des einen oder mehrerer helikaler Einbauten möglich ist, Impedanzsprünge für die Schallwellen auszubilden, ohne die Gasströmung in dem Maße zu beeinträchtigen wie durch einen Impedanzsprung, der (allein) durch eine Durchmesserveränderung des Gaskanals erreicht wird.
Konkret wird bei dem neuen Schalldämpfer zur Ausbildung eines Helmholtz-Resonators eine Kavität in der Strömungsrichtung des Gases durch gegenläufige Impedanzsprünge für die sich in dem Gas ausbreitenden Schallwellen begrenzt. In jeder solchen Kavität wird Energie von einer durchlaufenden Schallwelle gefangen, deren Wellenlänge zu der Länge der Kavität passt, d. h. auf die der Helmholtz-Resonator abgestimmt ist.
In der Kavität des Helmholtz-Resonators kann der Gaskanal frei sein, d. h. keinen helikalen Einbau aufweisen. In der Kavität kann der Schalldämpfer aber auch einen anderen helikalen Einbau als daran angrenzend oder andere Kennwerte des helikalen Einbaus als daran angrenzend aufweisen. So können die gegenläufigen Impedanzsprünge zur Begrenzung der Kavität des Helmholtz-Resonators nicht nur durch das Enden und Wiederbeginnen eines helikalen Einbaus auf beiden Seiten der Kavität gesetzt werden, sondern auch durch gegenläufige Änderungen der Steigung und/oder des Durchmessers des mindestens einen helikalen Einbaus. Konkret kann der mindestens eine helikale Einbau einschließlich einer ihn umschließenden Wandung des Gaskanals mindestens zwei lokale Einschnürungen oder mindestens eine lokale Aufweitung aufweisen. Eine Einschnürung besitzt - akustisch betrachtet - die Wirkung einer trägen Masse, deren Impedanz für hohe Frequenzen sehr groß wird. Es werden also ins- besondere die hohen Frequenzen von einer solchen Einschnürung nicht durchgelassen. Zwischen zwei solcher Einschnürungen wird erfindungsgemäß ein Helmholtz-Resonator ausgebildet. Gegenüber einem herkömmlichen Helmholtz-Resonator bewirkt der helikale Einbau eine verringerte Verlustleistung des durch die Einschnürungen strömenden Gases, indem er das Gas durch die Einschnürung führt und damit insbesondere turbulente Verwirbelungen des Gases hinter der Einschnürung verhindert. Eine Aufweitung wirkt hingegen wie eine Feder, ist also bei tiefen Frequenzen sehr hochohmig. Hier verhindert der helikale Einbau eine verlustleistungsbehaftete Verwirbelung des in die Aufweitung einströmenden Gases. Ein Helmholtz-Resonator kann bereits innerhalb einer solchen Aufweitung zwischen deren Flanken ausgebildet werden.
Der Gaskanal des neuen Schalldämpfers kann eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen, die von dem mindestens einen helikalen Einbau mit einer zweigängigen HeNx überspannt wird. Bei einer kreisförmigen Querschnittsfläche des Gaskanals ist eine Einfachhelix zur Ausbildung des helikalen Einbaus in aller Regel unzureichend, da diese nahe Ihrer Achse einen von ihr nahezu unbeeinflussten Durchtrittsbereich für Schallwellen belässt.
Wenn jedoch der Gaskanal eine ringförmige Querschnittsfläche aufweist, reicht es aus, wenn diese von dem helikalen Einbau mit mindestens einer Schraubenwendel überspannt wird.
Bei dem neuen Schalldämpfer können auch mehrere Gaskanäle vorgesehen sein, auf die sich das strömende Gas aufteilt. Dabei kann einer dieser Gaskanäle eine kreisförmige Querschnittsfläche und ein anderer dieser Gaskanäle eine darum liegende ringförmige Quer- schnittsfläche aufweisen.
In allen dieser Gaskanäle des neuen Schalldämpfers sind dabei typischerweise Helmholtz- Resonatoren mittels helikaler Einbauten ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des neuen Schalldämpfers ist dieser als Zweikreisresonanzabsorber ausgelegt, in dem in zwei Gaskanälen, auf die sich das strömende Gas aufteilt, auf gleiche Frequenzen der anregenden Schallwellen abgestimmte Helmholtz- Resonatoren vorgesehen sind, von denen der oder die Helmholtz-Resonatoren in dem einen Gaskanal als akustischer Parallelkreis und der oder die Helmholtz-Resonatoren in dem anderen Gaskanal als akustischer Serienkreis ausgelegt sind. Damit findet ein Zweikreisresonanz- absorber, wie er grundsätzlich bereits aus der DE 195 33 623 B4 bekannt ist, erstmals bei einem gasdurchströmten System Anwendung, bei dem das Gas durch die Helmholtz- Resonatoren selbst strömt.
Grundsätzlich können auch in einem Gaskanal mehrere Helmholtz-Resonatoren hintereinander ausgebildet sein. Dies ist zum Beispiel bevorzugt, um Schallwellen mit einer besonders störenden Hauptschallfrequenz möglichst vollständig zu dämpfen. In diesem Fall sind dann alle oder zumindest mehrere der hintereinander angeordneten Helmholtz-Resonatoren auf eben diese Hauptschallfrequenz abzustimmen. Grundsätzlich können hintereinander geschaltete Helmholtz- Resonatoren auch auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt sein, wobei für jede Frequenz dann wiederum mehrere Helmholtz-Resonatoren vorgesehen sein können.
Darüber hinaus ist es grundsätzlich möglich, dass der mindestens eine helikale Einbau des neuen Schalldämpfers aktiv verformbar ist. Diese aktive Verformbarkeit kann einerseits genutzt werden, um einen mit Hilfe des helikalen Einbaus ausgebildeten Helmholtz-Resonators zu verstimmen. Daneben besteht im quasistatischen Bereich die Möglichkeit, die an dem helikalen Einbau auftretenden Impedanzsprünge zu variieren. Es ist aber auch eine aktive Erzeugung von Antischall durch aktive dynamische Verformung des helikalen Einbaus möglich, um zusätzlich zu der passiv absorbierenden Funktion der Helmholtz-Resonatoren einen aktiv schalldämpfenden Effekt bereitzustellen.
Während es zur Begrenzung der Kavität eines Helmholtz-Resonators in dem neuen Schalldämpfer sinnvoll ist, die Impedanz für die sich in dem durchströmenden Gas ausbreitenden Schallwellen möglichst sprungartig zu ändern, sollten die Schallwellen an den Enden, vor allem am Eingang des neuen Schalldämpfers nicht unnötig reflektiert werden. Einen reflexionsarmen, weichen Impedanzübergang erhält man, wenn der helikale Einbau an mindestens einem Ende des Schalldämpfers einen Einlauf- oder Auslaufbereich aufweist, indem sich sein Durchmesser in der Strömungsrichtung des Gases stetig von innen an die Wandung des Gaskanals annähert bzw. von dieser entfernt. Die Schallwellen gelangen so nahezu vollständig in den neuen Schalldämpfer und werden dann dort gezielt absorbiert. Anwendungsmöglichkeiten für den neuen Schalldämpfer gibt es bei allen gasdurchströmten Rohren, bei denen das Gas instationäre Druckschwankungen und insbesondere Schallwellen führt. Solche Rohre gibt es bei Brennkraftmaschinen, Heizungen, wie beispielsweise für die Abluft eines Brenners, Belüftungsanlagen und dergleichen. Insbesondere ist der neue Schalldämpfer dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Schallwellen bzw. instationären Druckschwankungen eine feste Frequenz aufweisen, auf die der Helmholtz-Resonator abstimmbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. In allen Figuren ist dabei jeweils ein Schalldämpfer in einer perspektivischen Seitenansicht mit aufgeschnittener Wandung eines Gaskanals wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt einen ersten erfindungsgemäßen Schalldämpfer, bei dem zwei Helmholtz-
Resonatoren, die auf gleiche Frequenzen abgestimmt sind, in einem durchströmten Gaskanal ausgebildet sind und dessen Enden für Schallwellen re- flexionsarm gestaltet sind. Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer, bei dem nur ein Helmholtz-
Resonator in einem durchströmten Gaskanal ausgebildet ist. Auch hier sind die Enden des Schalldämpfers für Schallwellen reflexionsarm gestaltet.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers gemäß Fig. 1 , bei der die beiden endseitigen helikalen Einbauten größere Windungszahlen aufweisen als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers gemäß den
Fig. 1 und 3, bei der die endseitigen helikalen Einbauten und der zentrale helikale Einbau in den Gaskanal stark unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers gemäß den
Fig. 1 und 3, bei der drei Helmholtz-Resonatoren, die auf gleiche Frequenzen abgestimmt sind, hintereinander in dem Gaskanal ausgebildet sind.
Fig. 6 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers gemäß den
Fig. 1 und 3, bei dem vier Helmholtz- Resonatoren, die auf gleiche Frequenzen abgestimmt sind, hintereinander in dem Gaskanal ausgebildet sind.
Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, bei dem insgesamt sechs Helmholtz- Resonatoren hintereinander in dem Gaskanal ausgebildet sind. Anders als in den bisherigen Figuren weisen die endseitigen helikalen Einbauten bei dieser Ausführungsform keine Einlauf- bzw. Auslauf- bereiche mit geringer Schallreflexion auf.
Fig. 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer, bei dem zwei Helmholtz-Resonatoren durch drei Einschnürungen eines helikalen Einbaus in den Gaskanal samt der Wandung des Gaskanals ausgebildet ist.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, bei dem ein Helmholtz-Resonator durch eine Ausweitung des Querschnitts des Gaskanals samt des darin vorgesehenen helikalen Einbaus ausgebildet ist. Fig. 10 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer mit einer Reihenschaltung eines
Helmholtz-Resonators gemäß Fig. 8, eines Helmholtz-Resonators gemäß Fig. 9 und eines weiteren Helmholtz-Resonators gemäß Fig. 8, wobei die Einschnürungen und die Aufweitung weniger stark ausgeprägt sind als in den vorangehenden Fig. 8 und 9.
Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform des neuen Schalldämpfers, bei dem das strömende
Gas auf zwei Gaskanäle aufgeteilt wird, in denen jeweils ein Helmholtz-Re- sonator ausgebildet ist, die auf gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt sind, von denen aber der eine als akustischer Parallelkreis und der andere als akustischer Serienkreis ausgebildet ist.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, bei der in
Abwandlung gegenüber Fig. 1 1 in dem einen Gaskanal mehrere, aber ebenfalls auf dieselbe Resonanzfrequenz abgestimmte Helmholtz-Resonatoren hintereinander vorgesehen sind.
FIGURENBESCHREIBUNG
Ein in Fig. 1 skizzierter Schalldämpfer 1 weist in einem Rohr 2 mit einer Wandung 3 drei helikale Einbauten 4, 5 und 6 auf. Dabei liegt der helikale Einbau 5 zwischen den endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6 und weist zu jedem von diesen einen gleichen freien Abstand 7 in Richtung der Rohrachse 8 des Rohrs 2 auf. Jeder der helikalen Einbauten 4-6 besteht aus einer um die Rohrachse 8 verdrillten zweigängigen HeNx 9. An den Enden des Schalldämpfers wächst der Durchmesser der zweigängigen HeNx 9 der endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6 stetig von null auf den Durchmesser des Rohrs 2 an. Überall dort, wo die zweigängige HeNx 9 den Durchmesser des Rohrs 2 aufweist, ist sie fest an der Wandung 3 gelagert. Hierdurch sind auch die Abstände 7 fest. Die zweigängigen Helices 9 verleihen einem Innenbereich 10 eines durch das Rohr 2 führenden und durch dessen Wandung 3 begrenzten Gaskanals 1 1 einen schraubenförmigen Verlauf. Dabei grenzt jede der zweigängigen Helices 9 zwei schraubenförmig verlaufende Teilinnenbereichen 12 des Gaskanals 8 gegeneinander ab. Für eine Gasströmung längs der Rohrachse 8 durch den Gaskanal 11 bedeuten die helikalen Einbauten 4-6 zwar eine Erhöhung des Strömungswiderstands. Diese Erhöhung des Strömungs- Widerstands fällt jedoch vergleichsweise klein aus. Für sich in dem strömenden Gas aus- breitende Schallwellen bedeuten die helikalen Einbauten 4-6 hingegen eine starke Variation der Impedanz. Diese Variation ist an den Enden des Schalldämpfers 1 durch die sich dort stetig ändernden Durchmesser der zweigängigen Helices stetig. Dort, wo die helikalen Einbauten 4-6 jedoch abrupt enden, d. h. auf beiden Seiten beider Abstände 7, treten Impedanzsprünge auf. Auf diese Weise werden bei dem Schalldämpfer 1 zwei Helmholtz-Resonatoren 13 ausgebildet, deren Hohlräume oder Kavitäten 14 dem freien Rohrquerschnitt längs der Abstände 7 entsprechen. Beide Helmholtz-Resonatoren 13 sind durch die gleichen Abstände 7 auf gleiche Frequenzen abgestimmt, wobei es sich um eine Hauptschallfrequenz handelt, die in dem durch den Gaskanal 11 strömenden Gas auftritt. Schallwellen mit dieser Hauptschallfrequenz wird von den Helmholtz-Resonatoren 13 Energie entzogen, die letztlich in Wärme umgesetzt wird. Dies geschieht unter im Vergleich zu dem Wirkungsgrad der Schalldämpfung nur minimaler Beeinträchtigung der Gasströmung, d. h. mit minimalem Strömungswiderstand für das strömende Gas.
Die Ausführungsform des Schalldämpfers 1 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, dass nur ein Helmholtz-Resonator 13 ausgebildet ist, in dem kein zusätzlicher helikaler Einbau zwischen den helikalen Einbauten 4 und 6 vorgesehen ist. Zudem sind die geometrischen Verhältnisse bei den helikalen Einbauten 4 und 6 anders als in Fig. 1 , indem deren Windungszahlen größer und die endseitigen Einlauf- bzw. Auslaufbereiche, in denen sich der Durchmesser der zweigängigen Helices 9 stetig von null bis auf den Durchmesser des Rohrs 2 erweitert, länger gestreckt sind. Die Frequenz, auf die der jeweilige Schalldämpfer 1 abgestimmt ist, hängt im Wesentlichen von der Länge der Kavität 14 seiner Helmholtz-Resonatoren 13 ab, d. h. von dem Abstand 7. Diese Länge muss so abgestimmt sein, dass sich hier stehende Wellen mit der Wellenlänge der interessierenden Hauptschallfrequenz ausbilden können. D. h., es kommt nicht allein auf den geometrischen Abstand 7 sondern auch auf die Schallausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des Gaskanals 10 und damit auf das davon geführte Gas sowie dessen Zustand an.
Der Schalldämpfer 1 gemäß Fig. 3 entspricht wieder im Wesentlichen Fig. 1 , d. h. es ist wieder ein zusätzlicher helikaler Einbau 5 vorhanden. Die geometrischen Daten des Schalldämpfers 1 sind jedoch gegenüber Fig. 1 variiert.
Der Schalldämpfer 1 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von denjenigen gemäß den Fig. 1 und 3 wieder durch seine geometrischen Abmessungen. Während jedoch bislang alle zweigängigen Helices 9 bei den helikalen Einbauten 4 bis 6 die gleiche Steigung aufwiesen, ist hier bei dem helikalen Einbau 5 eine stark nach oben abweichende Steigung vorgesehen. Auf diese Weise kann ein weiterer Helmholtz-Resonator 15 ausgebildet werden, dessen Kavität sich längs der schraubenförmigen Teilinnenbereiche 12 im Bereich des helikalen Einbaus 5 erstreckt. Grundsätzlich ist die Ausbildung eines solchen weiteren Helmholtz-Resonators 15 bei allen helikalen Einbauten 4-6 denkbar. Allerdings ist die Dämpfung innerhalb der helikalen Einbauten 4-6 bei kleinerer Steigung der zweigängigen Helices 9 für die Ausbildung eines wirksamen Resonators schnell zu groß. Bei den bisher gezeigten endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6 wird die Funktion als Helmholtz-Resonator zudem durch den auslaufenden Durchmesser der zweigängigen Helices 9 behindert, weil dieser einen fließenden Impedanzübergang und keinen Impedanzsprung bedeutet. Ein fließender Impedanz-Übergang reflektiert Schallwellen in dem Gas innerhalb des Gaskanals 11 nicht und ist daher zur Begrenzung der Kavität eines Helmholtz-Resonators ungeeignet. Bei dem Schalldämpfer 1 dient dieser fließende Übergang gezielt dazu, die Schallwellen zunächst ungehindert in den Schalldämpfer 1 eintreten zu lassen, um sie dann dort zu absorbieren.
Der Schalldämpfer 1 gemäß Fig. 5 weist wieder bei allen helikalen Einbauten 4-6 gleiche Steigungen der zweigängigen Helices 9 auf. Jetzt sind jedoch zwei helikale Einbauten 5 zwischen den endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6 vorgesehen. Auch zwischen diesen helikalen Einbauten 5 liegt derselbe Abstand 7 wie zu den helikalen Einbauten 4 und 6 vor. Entsprechend sind hier drei Helmholtz-Resonatoren 13 ausgebildet. Je nach Ausgestaltung der helikalen Einbauten 5 können auch in deren Bereichen grundsätzlich zusätzliche Helmholtz- Resonatoren 15 (hier nicht eingezeichnet) ausgebildet sein.
Der Schalldämpfer 1 gemäß Fig. 6 weist noch einen weiteren mittleren helikalen Einbau 5 auf, so dass hier insgesamt vier Helmholtz-Resonatoren 13 zwischen den helikalen Einbauten 4-6 ausgebildet sind. Zudem ist hier die Steigung der zweigängigen Helices 9 der helikalen Einbauten 5 deutlich kleiner als bei den zweigängigen Helices 9 der endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6.
Fig. 7 zeigt einen Schalldämpfer 1 , bei dem zum einen mit Hilfe von insgesamt fünf mittleren helikalen Einbauten 5 zwischen den endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6 sechs Helmholtz- Resonatoren über die freien Abstände 7 ausgebildet sind, und bei dem zum anderen die endseitigen helikalen Einbauten 4 und 6 abrupt, d. h. mit vollem Durchmesser ihrer zweigängigen Helices 9 enden. Auf diese Weise wird auch an den Enden des Schalldämpfers 1 ein Impedanzsprung ausgebildet. Entsprechend kann auch hier innerhalb jedes helikalen Einbaus 4-6 ein zusätzlicher Helmholtz-Resonator 15 ausgebildet sein.
Fig. 8 skizziert einen Schalldämpfer 1 , in dessen Rohr 2 nur ein einziger helikaler Einbau 4 vorgesehen ist. Dieser helikale Einbau 4 läuft an beiden Enden des Schalldämpfers 1 mit zu der
Rohrachse 8 stetig abnehmenden Durchmesser seiner zweigängigen HeNx 9 aus, um dort reflexionsarme Übergange auszubilden. Zur Ausbildung von zwei Helmholtz-Resonatoren 16 weisen der helikale Einbau 4 und das Rohr 2 drei gemeinsame Einschnürungen 17 auf. Die
Einschnürungen wirken akustisch betrachtet wie träge Massen, deren Impedanz für hohe Frequenzen sehr groß wird, so das hochfrequente Schallwellen zwischen ihnen reflektiert werden.
Bei dem Schalldämpfer 1 gemäß Fig. 9 weisen das Rohr 2 und der helikale Einbau 4 statt der Einschnürungen 17 gemäß Fig. 8 eine Aufweitung 19 zur Ausbildung eines Helmholtz- Resonators 18 zwischen deren Flanken 20 auf. Die ganze Aufweitung 19 wirkt zudem wie eine Feder.
Bei der Ausführungsform des Schalldämpfers 1 gemäß Fig. 10 sind Einschnürungen 17 gemäß Fig. 8 und die Aufweitung 1 9 gemäß Fig. 9 kombiniert, um verschiedene Helmholtz- Resonatoren 16 und 18 auszubilden.
Mit den Schalldämpfern 1 gemäß den Fig. 11 und 12 wird das grundsätzlich aus der DE 195 33 623 B4 bekannte Prinzip eines Zweikreisresonanzabsorbers mit einem akustischen Serienkreis und einem akustischen Parallelkreis auf einen Schalldämpfer für ein strömendes Gas angewandt. Hierzu wird das Gas auf zwei Gaskanäle 21 und 22 aufgeteilt, wobei der Gaskanal
21 ein Ringkanal ist, der zwischen dem Rohr 2 und einem Innenrohr 23 verläuft, während der
Gaskanal 22 durch das Innenrohr 23 verläuft. Die Innenbereiche 24 und 25 der Gaskanäle 21 und 22 werden hier jeweils durch helikale Einbauten 26 und 27 zu Schraubengängen geformt.
Hierbei sind nur die helikalen Einbauten 27 in dem Innenrohr 23 zwingend zweigängige
Helicesθ. Die helikalen Einbauten 6 in dem ringförmigen Gaskanal 21 können auch Ein- fachhelices sein, wie dies hier dargestellt ist. Mit den helikalen Einbauten 26 und 27 werden in beiden Gaskanälen 21 und 22 Helmholtz-Resonatoren 28 und 29 ausgebildet, wobei hier jedoch die Reihenfolge von helikalen Einbauten 26 bzw. 27 und deren freien Abständen zwischen den Gaskanälen 21 und 22 vertauscht ist. D. h., an den Enden des Gaskanals 21 liegen helikale Einbauten und an den Enden des Gaskanals 22 liegen Freiräume. Den akustischen Parallelkreis bildet dabei der Gaskanal 22, der die endseitigen Freiräume aufweist. Diese bilden akustische Federn aus, während die helikalen Einbauten 26 und 27 akustischen Massen entsprechen. Bei den skizzierten Zweikreisresonanzabsorbern wird eine besonders hohe Absorptionsleistung bei der Hauptschallfrequenz erreicht, auf die die einzelnen Helmholtz- Resonatoren 28 und 29 abgestimmt sind. Die beiden Ausführungsformen des Schalldämpfers gemäß den Fig. 11 und 12 unterscheiden sich durch den geometrischen Aufbau der helikalen Einbauten 26 und 27.
BEZUGSZEICHENLISTE
Schalldämpfer
Rohr
Wandung helikaler Einbau helikaler Einbau helikaler Einbau
Abstand
Rohrachse zweigängige HeNx
Innenbereich des Gaskanals 1 1
Gaskanal
Teilungen
Helmholtz-Resonator
Kavität
Helmholtz-Resonator
Helmholtz-Resonator
Einschnürung
Helmholtz-Resonator
Aufweitung
Flanke
Gaskanal
Gaskanal
Innenrohr
Innenbereich des Gaskanals 1 1 ohne den Innenbereich des Innenrohrs 23
Innenbereich des Innenrohrs 23 helikaler Einbau helikaler Einbau
Helmholtz-Resonator
Helmholtz-Resonator

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schalldämpfer (1 ) mit mindestens einem von einem Gas durchströmten Gaskanal (1 1 , 21 , 22), in dem mindestens ein helikaler Einbau (4-6, 26, 27) vorgesehen ist, der einem Innenbereich (10, 24, 25) des Gaskanals (1 1 ) einen schraubenförmigen Verlauf verleiht, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen helikalen Einbaus (4-6, 26, 27) ein Helmholtz-Resonator (13, 15, 16, 18, 28, 29) in dem Gaskanal (1 1 ) ausgebildet ist, der von Schallwellen angeregt wird, welche sich in dem strömenden Gas ausbreiten.
2. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Helmholtz- Resonator (13, 28, 29) eine Kavität (14) aufweist, die in der Strömungsrichtung des Gases durch gegenläufige Impedanzsprünge für die sich in dem Gas ausbreitenden Schallwellen be- grenzt ist.
3. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenläufigen Impedanzsprünge durch gegenläufige Änderungen der Steigung und/oder des Durchmessers des mindestens einen helikalen Einbaus (4-6, 26, 27) bereitgestellt werden.
4. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine helikale Einbau (4) einschließlich einer ihn umschließenden Wandung (3) des Gaskanals (1 1 ) mindestens eine lokale Einschnürung (17) oder Aufweitung (19) aufweist.
5. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kavität (14) kein helikaler Einbau angeordnet ist.
6. Schalldämpfer (1 ) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (1 1 , 22) eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist, die von dem mindestens einen helikalen Einbau (4-6, 27) mit einer zweigängigen HeNx (9) überspannt wird.
7. Schalldämpfer (1 ) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, d ass der Gaskanal (21 ) eine ringförmige Querschnittsfläche aufweist, die von dem helikalen Einbau (27) mit mindestens einer Schraubenwendel überspannt wird.
8. Schalldämpfer (1 ) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gaskanäle (21 , 22) vorgesehen sind, auf d ie sich das strömende Gas aufteilt.
9. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, d ass in allen Gaskanälen (21 , 22) Helmholtz-Resonatoren (28, 29) mittels helikaler Einbauten (26, 27) ausgebildet sind.
10. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, d ass in allen Gaskanälen (21 , 22) auf gleiche Frequenzen der anregenden Schallwellen abgestimmte Helmholtz-Resonatoren (28, 29) vorgesehen sind, von denen mindestens einer als akustischer Parallelkreis und einer als akustischer Serienkreis ausgelegt ist.
1 1. Schalldämpfer (1 ) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gaskanal (1 1 , 21 , 22) mehrere Helmholtz-Resonatoren (13, 15, 16, 18, 28, 29) hintereinander vorgesehen sind.
12. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Helmholtz-Resonatoren (13, 15, 16, 18, 28, 29) alle auf eine einzige Hauptschallfrequenz oder wenige diskrete Hauptschallfrequenzen abgestimmt sind.
13. Schalldämpfer (1 ) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine helikale Einbau (4-6, 26, 27), insbesondere durch Integration von Funktionswerkstoffen, aktiv verformbar ist.
14. Schalldämpfer (1 ) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der helikale Einbau (4) an mindestens einem Ende des Schalldämpfers (1 ) einen Einlauf- oder Auslaufbereich aufweist, in dem sich sein Durchmesser in der Strömungsrichtung des Gases stetig von innen an die Wandung (3) des Gaskanals (1 1 ) an- nähert bzw. von dieser entfernt.
15. Gasdurchströmtes Rohr (2), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine, einer Heizung oder einer Belüftungsanlage, mit einem Schalldämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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