DE19816092A1 - Schalldämpf-Resonatorelement für Überdrucksysteme - Google Patents

Abstract

Ein Schalldämpfer-Resonatorelement zur Schalldämpfung nach dem Tellerfederprinzip ist derart gestaltet, daß der außerhalb des Elementes wirkende Überdruck den Innendruck beeinflußt, wodurch es auf einfache Weise möglich ist, den Innendruck auf den Wert einzustellen, der den Einfluß der Schwankung des äußeren Druckes auf den optimalen Dämpfungswert des Resonatorschalldämpfers kompensiert, s. Fig. 2., bzw. der bei veränderlicher Frequenz der Schallquelle die Eigenfrequenz des Resonatorelementes auf den jeweils optimalen Dämpfungswert anpaßt.

Description

Zur Dämpfung von niederfrequentem Schall, vorzugsweise in Luftkanälen aller Art, wurde ein volumenänderndes Resonatorelement u. a. nach dem deutschen Patent DE 196 26 167 vorgeschlagen, dessen Wirkung darauf beruht, daß die in einer bestimmten Form gestalteten Oberflächen von nach außen dichten evakuierten metallischen Kalotten als Tellerfedern wirken und bei normalem äußeren Druck eine nahezu horizontale Federkennlinie aufweisen. Eine weitere Erfindung beschreibt die vorteilhaft herstellbare Lösung von solche Elementen, indem die Hohlräume aller Kalotten miteinander verbunden sind und nach außen eine dicht zu verschließende Evakuierungsöffnung aufweisen, die im Ablauf des Fertigungsprozesses verschlossen wird. Darüber hinausgehend beschreibt eine Erfindung die vorteilhafte Weiterentwicklung dieses Systems, indem das Vakuum im Inneren der Elemente an veränderliche Außenluftdrücke und an veränderliche Schallfrequenzen angepaßt werden kann.

Durch die beschriebene Federcharakteristik der Resonatorelemente können schon bei minimalen äußeren Druckschwankungen, wie sie z. B. durch Schalldruckwellen hervorgerufen werden, Volumenänderungen der Kalotten erfolgen, die beim Auftreffen der Schalldruckwellen und ihrer Reflexion zu deren Auslöschen oder zumindest zur Reduzierung ihrer Amplituden führen und damit einen Schalldämpfeffekt hervorrufen.

Die Vorteile dieser Lösung sind im Verhältnis zu anderen Schalldämpfern für niederfrequenten Schall, z. B. gewöhnlichen Resonanzschalldämpfern oder schalldämmenden Auskleidungen, durch deutlich geringere Abmessungen und Erfüllung hoher hygienischer Anforderungen gekennzeichnet.

Ein gewisser Nachteil dieser bisher beschriebenen Niederfrequenz- Resonatorschalldämpfer besteht jedoch darin, daß sie nur in Systemen eingesetzt werden können, bei denen der äußere Luftdruck dem normalen Umgebungsdruck entspricht bzw. nicht zu weit davon abweicht. Äußere Überdrücke über einen bestimmten zulässigen Wert hinaus würden nach den bisherigen Lösungen für die Gestaltung der Elemente zu deren Unwirksamkeit führen, einerseits wegen der Störung des Kräftegleichgewichtes, andererseits durch mechanische Überlastung und infolgedessen ggf. zu deren Zerstörung. In der Praxis existieren jedoch eine Vielzahl von Quellen niederfrequenten Schalles in Überdrucksystemen, so z. B. in den Druckleitungen von Kolbenverdichteranlagen. Ein weiteres Bedürfnis besteht in der Reduzierung von Schalldruckschwingungen mit sich verändernder Frequenz in solchen Überdrucksystemen, die infolge von Drehzahländerungen unterschiedliche Anregungsfrequenzen hervorrufen, wie z. B. in Kolbenverdichteranlagen mit drehzahlveränderlichen Antrieben.

Es wurde deshalb nach Wegen gesucht, diese Nachteile zu überwinden, indem die Möglichkeit geschaffen wird, den äußeren Überdruck durch jeweilige Anpassung des Innendruckes der Resonatorelemente so zu kompensieren, daß die für die jeweilige Frequenz richtig bestimmte Federkennlinie der Resonatorelemente durch Variation von Kalottendurchmesser, Prägeform, Wanddicke und Material auch bei sich wesentlich änderndem äußeren Überdruck oder sich ändernder Erregerfrequenz immer zur Übereinstimmung zwischen der Resonanzfrequenz der Elemente und der zu dämpfenden Schallfrequenz führt. Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, die Einsatzbreite der Niederfrequenz-Resonanzschalldämpfer in vorteilhafter Weise auf diese Einsatzgebiete in Überdrucksystemen zu erweitern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der beliebige äußere Überdruck durch einen entsprechenden inneren Überdruck innerhalb der Kalotten des Niederfrequenzschalldämpfers derart kompensiert wird, daß das Kräftegleichgewicht am Resonatorelement den Bedingungen entspricht, die sich für das Normaldrucksystem bewährt haben. Um dies zu verwirklichen, werden alle Kalotten eines Schalldämpfers, die wegen ihrer rationellen Herstellung ohnehin untereinander verbunden sind, nach außen hin zu den Kalotten der anderen Elemente des gleichen Schalldämpferpaketes ebenfalls verbunden und insgesamt an eine Einrichtung zum Beeinflussen der Höhe des Innendruckes angeschlossen.

Im einfachsten Falle ist das eine Öffnung in Form einer Drosselbohrung, einer Kapillare oder eines geeigneten Röhrchens, die den Außendruck gedrosselt und damit geglättet in die Kalottenhohlräume einleitet. Damit wird erreicht, daß die äußeren Druckschwankungen als Ursache für die Schalldruckwellen als wesentliche Kraftwirkung auf die Kalottenoberflächen verbleiben und die durch sie hervorgerufene erzwungene Schwingung der Kalottenoberflächen zum Auslöschen der Druckschwingung bei deren Reflexion an der Oberfläche führt.

Im weiteren Falle, besonders bei der Berücksichtigung von Frequenzschwankungen, kann das Kräftegleichgewicht durch gezielte Innendruckänderungen angepaßt werden. Dabei sind in den Druckleitungen von einstufigen Verdichtern oder bei den Hochdruckstufen mehrstufiger Verdichter nur Druckabsenkungen nach niedrigeren Drücken hin möglich, während bei allen anderen Verdichtungsstufen bzw. auf deren Saugseite auch Druckerhöhungen möglich sind.

Die Druckabsenkung erfolgt dadurch, daß eine zusätzliche einstellbare oder feste Drosselbohrung vorhanden ist, die eine Verbindung zu einer Stelle niedrigeren Druckes hat, z. B. zur Niederdruckseite der Verdichteranlage. Das Verhältnis der Größe der Zuflußöffnung zu der Größe der Abflußöffnung bestimmt den Innendruck in den Kalotten, der in jedem Falle so einzustellen ist, daß das Kräftegleichgewicht an den Kalottenoberflächen zu einer Federkennlinie führt, die verhältnismäßig große Wegänderungen bei möglichst geringen Druckänderungen ergibt. Damit kann die Kalottenschwingung der Schalldruckschwingung folgen und diese bei deren Reflexion auslöschen.

Druckerhöhungen sind möglich, indem die Druckzuführung aus einer Stufe höheren Druckes erfolgt und die Abströmung in die zu dämpfende Stufe stattfindet.

Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung eines gewünschten Innendruckes für die Kalotten besteht in der Regelung des Druckes mittels eines Druckreglers, der zwischen zwei verschiedenen Drucklagen des Verdichtersystems arbeitet, im einfachsten Falle eines einstufigen Verdichters zwischen Hoch- und Niederdruckseite. Als Regelimpulse sind die Drucklage, die Schallfrequenz oder die Maschinendrehzahl möglich.

Auf diese Weise entsteht durch Anpassung der Innedrucklage eines Resonanzschalldämpfers an die Außendrucklage ein sich selbst adaptierender Schalldämpfer, der unabhängig vom äußeren Druckniveau optimale Dämpfungseigenschaften aufweist.

Der Erfindungsgegenstand ist an Hand eines Ausführungsbeispieles dargestellt. Im einzelnen zeigt die

Fig. 1 Die Anordnung eines Elementes des Niederfrequenzschalldämpfers in einem Überdrucksystem einer Verdichteranlage mit einem Innendruck unterhalb des äußeren Überdrucks,

Fig. 2 Die Anordnung eines Elementes des Niederfrequenzschalldämpfers in einem Überdrucksystem einer Verdichteranlage mit einem Innendruck oberhalb des äußeren Überdrucks,

Fig. 3 Die Einbindung eines Druckreglers zur optimalen Innendruckregelung.

Die Fig. 1 zeigt eine Verdichteranlage mit dem Verdichter 1, seiner Saugleitung 2 und seiner Druckleitung 3. Die Schalldämpfung soll in der Druckleitung 3 mittels des Resonanzschalldämpfers 4 erfolgen, der in der Druckleitung 3 an einer geeigneten Stelle eingebaut ist. Er ist äußerlich allseitig vom Druck in der Druckleitung umgeben und besitzt die Druckausgleichsöffnung 5 sowie die Abströmöffnung 6 mit der Leitung 7, die in Verbindung mit der Saugleitung 2 steht. Durch entsprechende Dimensionierung der Öffnungen 5 und 6 einschließlich der Leitung 7 kann der innerhalb des Resonators 4 gewünschte Druck eingestellt werden. Im Grenzfall entfällt die Öffnung 6 und die Leitung 7, so daß im Inneren des Resonators 4 nur die Außendruckkompensation wirkt.

In Fig. 2 ist beispielhaft gezeigt, wie der Innendruck des Resonators 4 auf ein höheres Niveau gegenüber dem ihn umgebenden Außendruck angehoben werden kann. Der Resonator 4 ist in der Druckleitung 3.1 der 1. Stufe des Verdichters 1 eingesetzt und seine Zuströmöffnung 5 ist über die Leitung 7 mit der Druckleitung 3.2 der zweiten Verdichterstufe verbunden. Die Abströmöffnung mündet in der Druckleitung der ersten Stufe 3.1, deren Schall in diesem Falle zu dämpfen ist. Auch hierbei kann durch entsprechende Dimensionierung der Öffnungen 5 und 6 einschließlich der Leitung 7 innerhalb des Resonators 4 der gewünschte Druck eingestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine zu Fig. 1 analoge Anordnung mit einem Regler 8 in der Abströmleitung, der den Resonatorinnendruck regelt und vom Sensor 9 aus gesteuert werden kann. Der Sensor 9 nimmt die Meßgrößen auf, nach denen geregelt werden soll, z. B. den Schalldruckpegel oder den Innendruck aus der Druckleitung über den Eingang 10 oder die Verdichterdrehzahl über den Eingang 11.

Claims (5)

1. Volumenänderndes Resonatorelement zur Schalldämpfung nach dem Tellerfederprinzip für die Schalldämpfung in Überdrucksystemen, bestehend aus mindestens zwei miteinander verbundenen Hohlräumen, gekennzeichnet dadurch, daß der Innendruck in den Hohlräumen durch eine geeignete Einrichtung auf den Wert veränderbar ist, welcher der zu dämmenden oder zu dämpfenden Frequenz entspricht.

2. Volumenänderndes Resonatorelement nach den Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Einstellung der Höhe des Innendruckes vorzugsweise drosselnde Verbindungsröhrchen zum äußeren Systemhoch- und -niederdruck sind.

3. Volumenänderndes Resonatorelement nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Regler die Höhe des Innendruckes bei äußeren Druckschwankungen so verändert, daß die Resonanzfrequenz der Elemente bei diesen Druckschwankungen unverändert bleibt.

4. Volumenänderndes Resonatorelement nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Regler die Höhe des Innendruckes bei gleichbleibendem äußeren Druck so verändert, daß sich die Resonanzfrequenz der Elemente an die sich ändernde Frequenz der Schallquelle anpaßt.

5. Volumenänderndes Resonatorelement nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Regler die Höhe des Innendruckes bei äußeren Druckschwankungen und Frequenzschwankungen der Schallquelle so verändert, daß sich zu jedem Zeitpunkt die Resonanzfrequenz der Elemente an den sich ändernden Außendruck und gleichzeitig optimal an die sich ändernde Frequenz der Schallquelle anpaßt.