DE20003519U1 - Helmholtzresonator - Google Patents

Description

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Beschreibung:

Helmholtzresonator

In der Technischen Akustik werden Helmholtzresonatoren überwiegend zur Reduzierung schmalbandiger Geräusche im tiefifrequenten Bereich eingesetzt. Hochfrequente Geräuschanteile lassen sich im allgemeinen durch einfachere akustische Bauprinzipien (z.B. Absorptionsmaterialien) mit geringem Volumenbedarf bedampfen.

Ein typisches Anwendungsbeispiel fur Helmholtzresonatoren sind Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen:

Die Motorverbrennungsgeräusche erzeugen im Zündtakt hohe schmalbandige Schalldruckpegel („Zündharmonische"), zur Reduzierung deren Grundordnung der Helmholtzresonator ausgelegt wird.

Dieser wirkt bekanntlich analog einem Feder/Masse-System, wobei als Masse die schwingende Luftsäule im Rohr und als Feder die kompressible Luft im Volumen wirkt.

In praktischer Ausführung besteht ein Helmholtzresonator aus einem an ein durchströmtes Rohr oder an ein Schalldämpfervolumen angeschlossenen Rohrstück und einem daran angekoppelten abgeschlossenen Volumen. Oft werden relativ große Hehnholtzvolumina erforderlich, die nur in der Auslegefrequenz aktiv sind und für eine breitbandige Dämpfung bei anderen vorkommenden Frequenzen nicht zur Verfügung stehen. Das Volumen wird über ein Rohr mit definierter Länge und definiertem Durchmesser angekoppelt, in dem die Luftsäule wie beschrieben in einem schmalen Frequenzband schwingt, aber ansonsten wird dieses Rohr nicht durchströmt.

Weiterhin müssen die anderen Rohrquerschnitte im System unabhängig vom Helmholtzrohr für den maximal zulässigen Gegendruck entsprechend groß ausgelegt sein, weil keine By-Pass-Strömung durch das Helmholtzsystem möglich ist. Diese würde den Helmholtzresonator außer Funktion setzen. Zur wirksamen Bedämpfung niedriger Frequenzen ist es aber erforderlich, Rohrquerschnitte so klein wie möglich zu halten.

Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Typ eines Helmholtzresonators zu schaffen, der wie ein konventioneller Helmholtzresonator im tieffrequenten Teil hochwirksam dämpft, darüber hinaus zusätzlich sein Volumen für die Bedämpfung aller anderen Frequenzen dem akustischen Gesamtsystem „zur Verfügung stellt" und schließlich eine By-Pass-Strömung durch den Helmholtzresonator ermöglicht, damit das Restdämpfungssystem mit kleinen Strömungsquerschnitten zur Erzielung einer hohen Dämpfung ausgerüstet werden kann.

Dieses Problem wird mit einem schaltbaren durchströmtem Helmholtzresonator mit den im Schutzanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst.

Als Schaltelement können system- oder fremdgesteuerte Klappen, Ventile, etc.,wie sie bereits heute in Abgassystemen eingesetzt werden, verwendet werden.

Bei geschlossenem Schaltelement ist der Helmholtzresonator konventionell angekoppelt und reduziert den Schallpegel entsprechend Auslegung.

Durch Öffnen des Schaltelements wird die Helmholtzkammer durchströmt und „nutzt" ihr Volumen als breitbandiges Dämpfungssystem.

Da ein Helmholtzvolumen ohne weiteres die Hälfte des im Schalldämpfer zur Verfügung stehenden Volumens einnimmt, kann sich somit aufgrund der erfindungsgemäßen Helmholtzdurchströmung die Dämpfung verdoppeln.

Durch das Öffnen des Helmholtzstranges strömt außerdem durch diesen By-Pass ein hoher Anteil des Gesamtvolumenstromes. Diese Strömungsaufteilung ermöglicht, das gasführende Rohr im Schalldämpfer entsprechend klein und damit als zusätzlich tieffrequent dämpfendes Bauteil auszulegen.

Fast immer steht bei der Gesamtauslegung einer Schalldämpferanlage nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung.

Die oben beschriebene Erfindung ermöglicht, durch die quasi doppelte Verwendung des Helmholtzsystems den Bauraum optimal zu nutzen und ist damit speziell bezüglich tieffrequenter Dämpfung und Gegendruckverhalten den konventionellen Schalldämpferanlagen, den heutigen Helmholtzsystemen und den schaltbaren Gesamtsystemen überlegen.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Prinzipdarstellung eines schaltbaren Helmholtz-Systems Figur 2 wie vor, jedoch in ein Schalldämpfervolumen integriert

Bezugszeichenliste:

1 Eingangsrohr

2 Strömungsfuhrendes Rohr

3 Rohr des Helmholtzresonators

4 Volumen des Helmholtzresonators

5 Schaltelement

6 Ausgangsrohr

Pfeil durchgezogen: Hauptströmung

Pfeil gestrichelt: By-Pass bei geöffnetem Schaltelement

Schaltelement durchgezogen: geschlossen

Schaltelement gestrichelt: geöffnet

Claims (5)

1. Helmholtzresonator, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Schaltelement das Helmholtzsystem außerhalb seiner Wirkfrequenz geöffnet und durchströmt werden kann.

2. Helmholtzresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Helmholtzresonator eine By-Fass-Strömung durch den Helmholtzresonator fließt, so daß die anderen strömungsführenden Bauteile des Gesamtsystems in freien Querschnitt reduziert werden können.

3. Helmholtzresonator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement systemgesteuert ist (z. B.: durch Gegendruck).

4. Helmholtzresonator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement fremdgesteuert ist (z. B.: Schaltimpuls).

5. Helmholtzresonator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Helmholtzvolumen und/oder das Helmholtzrohr zusätzliche Bedämpfung aufweist.