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Dokumentenidentifikation DE20301721U1 15.07.2004
Titel Schalldämpfer für heißes Gas
Anmelder Riese, Wolfgang, 46459 Rees, DE
Vertreter Glawe, Delfs, Moll, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 20301721
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 15.07.2004
Registration date 09.06.2004
Application date from patent application 04.02.2003
IPC-Hauptklasse F04B 39/12

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für heißes Gas, das den Schalldämpfer mit einer Betriebstemperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich durchströmt. Der Schalldämpfer hat mindestens einen Strömungskanal für das Gas und mindestens eine durch Strömungskanal begrenzende Wandung.

Ein typisches Anwendungsgebiet der Erfindung, auf das die Erfindung aber nicht beschränkt ist, ist die Schalldämpfung an Kompressoren, besonders Schraubenkompressoren, zum Erzeugen von Druckluft. Die an der Druckseite eines Schraubenkompressors austretende Druckluft hat im Dauerbetrieb typischerweise eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C, in der Regel zwischen 220°C und 280°C. Aus DE 100 11 023 A1 ist ein Schalldämpfer von besonders flacher Kastenbauweise bekannt, der sich besonders zur Anbringung an der Druckseite von Schraubenkompressoren eignet und eine gute Dämpfungswirkung für das an der Druckseite eines Schraubenkompressors auftretende Geräusch, insbesondere für die hochfrequenten Geräuschanteile, aufweist. Die vorliegende Erfindung ist besonders zur Anwendung bei einem Schalldämpfer dieser bekannten Bauart geeignet, ist aber nicht auf diese Bauart beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer anzugeben, der eine gute Dämpfungswirkung, insbesondere bezüglich der hochfrequenten Geräuschanteile, für ein heißes Gas mit vorgegebener Betriebstemperatur, wie z.B. von einem Schraubenkompressor erzeugte Druckluft, aufweist.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung. Es wurde überraschender Weise gefunden, dass ein thermoplastisches Material, das bei der Betriebstemperatur des heißen Gases im erweichten bzw. plastifizierten Zustand ist, hervorragend geeignet ist, hochfrequente Schallwellen in dem Gas aufzunehmen und energieverzehrend zu absorbieren.

Eine Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Draufsicht des Schalldämpfers von der aus DE 100 11 023 A1 bekannten Bauart,

2 eine Seitenansicht des Schalldämpfers

3 eine Draufsicht auf den Schalldämpfer ähnlich wie 1, jedoch bei abgenommener Deckwand

4 einen Schnitt durch den Schalldämpfer gemäß der Linie A–A von 1

5 und 6 in gleicher Darstellung wie 3 und 4 eine geänderte Ausführungsform des Schalldämpfers.

7 in gleicher Darstellung wie 4 eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltete Ausführungsform des Schalldämpfers.

8 einen Schnitt gemäß Linie B–B von 7.

Zunächst wird anhand von 1 bis 6 die aus DE 100 11 023 A1 bekannte Bauart des Schalldämpfers beschrieben.

Der dargestellte Schalldämpfer besteht aus einem Gehäuse 1 von flacher Kastenform mit einer Bodenwand 3, einer Deckwand 5 und Umfangswänden 7. In der Bodenwand ist eine Eintrittsöffnung 9 für vom Kompressor gelieferte Druckluft vorgesehen. In der Deckwand 5 befindet sich die Auslaßöffnung 11 für die schallgedämpfte Druckluft, und zwar zur Eintrittsöffnung 9 seitlich versetzt nahe einer Seitenwand des Gehäuses 1. In der Draufsicht ist das Gehäuse 1 im wesentlichen rechteckig, abgesehen von einer neben der Auslaßöffung 11 vorgesehenen Einbuchtung 13, die Platz für die Anbringung eines Überdruckventils 14 schafft.

Die Auslaßöffnung 11 hat, wie dargestellt, vorzugsweise einen wesentlich größeren Querschnitt als die Eintrittsöffnung 9. Insbesondere kann der Durchmesser der Auslaßöffnung 11 mehr als das Doppelte des Durchmessers der Eintrittsöffnung 9 betragen.

Das Gehäuse 1 hat die Form eines flachen Kastens bzw. einer Scheibe. Damit ist gemeint, daß die Höhe des Gehäuses weniger als die Hälfte und vorzugsweise weniger als ein Drittel der Breite und/oder Länge des Gehäuses beträgt.

Der von der Bodenwand 3, der Deckwand 5 und den Umfangswänden 7 umschlossene Innenraum des Gehäuses 1 ist durch eine parallel zur Bodenwand 5 und Deckwand 5 verlaufende Trennwand 15 in zwei flache Kammern unterteilt, nämlich eine Eintrittskammer 17 und eine Austrittskammer 19. Die Trennwand 15 weist einen Durchlaßbereich 21 auf, der von zahlreichen, dicht nebeneinander angeordneten kleinen Öffnungen oder Perforationen gebildet wird, welche die Eintrittskammer 17 mit der Austrittskammer 19 verbinden. Der Durchlaßbereich 21 befindet sich seitlich versetzt zur Eintrittsöffnung 9 und zur Auslaßöffnung 11 auf der zur Auslaßöffnung 11 entgegengesetzt liegenden Seite der Eintrittsöffnung 9. Außerhalb des Durchlaßbereichs 21 ist die Trennwand 15 undurchlässig. Hierdurch wird der an der Eintrittsöffnung 9 eintretenden Druckluft, die auf den undurchlässigen Teil der Trennwand 15 auftrifft, ein Strömungsweg aufgezwungen, der von der Eintrittsöffnung 9 parallel zur Bodenwand 3 und Trennwand 15 durch die Eintrittskammer 17 bis zum Durchlaßbereich 21, dann fein verteilt durch die kleinen Öffnungen des Durchlaßbereiches 21 in die Auslaßkammer 19, und dann entlang der Auslaßkammer 19 parallel zur Deckwand 5 und Bodenwand 15 zur Auslaßöffnung 11 verläuft und aus dieser austritt, wie in 4 durch die Pfeile angedeutet.

Der Durchmesser der den Durchlaßbereich 21 bildenden kleinen Öffnungen wird vorzugsweise so klein wie möglich gewählt, um eine möglichst feine Aufteilung des Luftstroms um damit eine wirksame Schalldämpfung zu erreichen. Andererseits sollten die Öffnungen nicht so klein sein, daß sie für Verstopfung durch in der Druckluft mitgeführte Staubpartikel oder dergleichen anfällig sind. Vorteilhafterweise liegt der Druchmesser der kleinen Öffnungen des Durchlaßbereichs 21 im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise beträgt er ca. 5 mm. Die Zahl der den Durchlaßbereich 21 bildenen kleinen Öffnungen wird vorzugsweise in Relation zum Durchmesser der Öffnungen so gewählt, daß die Summe der Querschnitte aller Öffnungen, d.h. der gesamte Druchlaßquerschnitt des Durchlaßbereichs 21, gleich oder größer, vorzugsweise mindestens doppelt so groß, wie der Querschnitt der Eintrittsöffnung 9 ist.

Ferner ist die Trennwand 15, wie aus 4 ersichtlich, so angeordnet, daß die lichte Höhe der Austrittkammer 19 deutlich größer ist als die lichte Höhe der Eintrittskammer 17. Beispielsweise kann die lichte Höhe der Austrittkammer 19 das 1,8 bis 2,2-fache, vorzugsweise das Zweifache der lichten Höhe der Eintrittskammer 17 betragen. Durch diese konstruktiven Maßnahmen findet die Druckluft auf ihrem Weg von der Eintrittsöffnung 9 durch die Eintrittskammer 17, den Durchlaßbereich 21 und die Austrittskammer 19 zur Auslaßöffnung 9 einen zunehmend größer werdenden Strömungsquerschnitt vor.

Der in den Zeichnungen rechts von der Eintrittsöffnung 9 liegende Teil der Eintrittskammer 17, in 4 mit 17a bezeichnet, bildet einen Pufferraum, der nicht in dem durch die Pfeile angegebenen Strömungsweg der Druckluft von der Eintrittöffnung 9 zur Auslaßöffnung 11 liegt, aber Druckspitzen abpuffern und zu inneren Schallreflexionen beitragen kann.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 1 des Schalldämpfers so konstruiert, daß es aus drei übereinander angeordneten, allgemein plattenförmigen Formteilen zusammengesetzt ist, nämlich einer die Bodenwand 3 bildenden Bodenplatte 23, einem Zwischenteil 25, das die Trennwand 15 und den größten Teil der Umfangswände 7 umfaßt, und einer Deckplatte 27, die Deckwand 5 mit der Auslaßöffnung 11 umfaßt. Die drei Formteile 23, 25 und 27 werden vorzugsweise aus Aluminium im Sandgußverfahren geformt. Sie liegen an horizontalen Verbindungsfugen übereinander und werden durch Schrauben 29, die rings um den Umfang des Gehäuses im Bereich der Umfangswände 7 vorgesehen sind, zusammengehalten. Um die Bodenwand 3, Deckwand 5 und Trennwand 15 zusätzlich gegeneinander abzustützen, sind rings um die Eintrittöffnung 9 herum vier Säulen 31 vorgesehen, die beispielsweise an die Trennwand 15 angeformt sein können, und durch die sich ebenfalls Verbindungsschrauben (nicht dargestellt) erstrecken können.

Die Bemaßung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers richtet sich nach den von dem jeweiligen Kompressortyp erzeugten und vom nachgeschalteten Verbraucher benötigten Druckluft-Volumenstrom, wobei in erster Linie der Durchmesser der Auslaßöffnung 11 diejenige Größe ist, die an die vorhandenen Gegebenheiten angepaßt werden muß. Bei gegebenen Durchmesser der Auslaßöffnung 11 beträgt die lichte Höhe der Eintrittskammer 17 vorteilhafterweise das 0,2 bis 0,3 -fache, vorzugsweise das 0,25 -fache dieses Durchmessers. Die jeweilige konkrete Dimensionierung ist auch unter dem Gesichtspunkt zu wählen, daß bei angestrebter hoher Schalldämpfung der Strömungswiderstand des Schalldämpfers möglichst niedrig sein soll.

Es wurde gefunden, daß durch die beschriebene Konstruktion des Schalldämpfers eine wirksame Reduzierung des Austritts-Ge-räuschpegels eines Schraubenkompressors erfolgen kann, wobei eine Herabsetzung des Geräuschpegels von z.B. 110 dB in den Bereich von 80 dB möglich ist. Ferner eignet sich der erfindungsgemäße Schalldämpfer aufgrund seiner flachen, platzsparenden Bauweise insbesondere zur Verwendung mit Schraubenkompressoren, die in begrenzten Platzverhältnissen, z.B. an Silofahrzeugen, eingebaut werden müssen. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer kann bei Schraubenkompressoren moderner Bauart direkt auf den Kompressor aufgesetzt werden, wobei die Eintrittsöffnung 9 des Schalldämpfers sich unmittelbar an den Druckauslaß des Kompressors anschließen kann. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer besteht aus korrosionsfestem Material, vorzugsweise Aluminiumguß, wobei im Sandformverfahren gegossenes Aluminium wegen der niedrigen Dichte und des dadurch höheren Dämmwertes vorteilhafter ist als Druckguß. Er ist völlig frei von lose eingelegten Dämm-Materialien wie Glaswolle, Mineralwolle, Metallgestrick oder dergleichen, wie sie bei üblichen Schalldämpfern verwendet werden. Damit eignet sich der erfindungsgemäße Schalldämpfer besonders zur Verwendung mit Schraubenkompressoren für die pneumatische Förderung von empfindlichen Gütern, da keinerlei Gefahr der Kontamination des Fördergutes durch Korrosionspartikel oder Partikel von losen Dämmstoffen besteht. Auch das Gewicht des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist geringer als das üblicher Schalldämpfer.

Es wird angenommen, ohne daß diese Annahme für die Erläuterung der Erfindung notwendig oder verbindlich oder einschränkend sein soll, daß die festgestellte hervorragende Schalldämpfungswirkung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers maßgeblich auf den Reflexionen beruht, die an den sich jeweils senkrecht zum Luftausbreitungsweg erstreckenden und diesen umlenkenden inneren Flächen des Schalldämpfers auftreten und der jeweiligen Anströmrichtung entgegengerichtet sind. Diese Reflexionen in Verbindung mit den durch die unterschiedlichen Strömungsquerschnitte verursachten wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Kammerbereichen führen zu einer breitbandig im gesamten auftretenden Frequenzbereich wirksamen Unterdrückung von Schallresonanzen und Reduzierung von Schallemissionen.

5 und 6 zeigen eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, wobei die Modifikation darauf abzielt, das Auftreten der vorstehend beschriebenen Reflexionen zu begünstigen. Dies geschieht durch eine oder mehrere Reflexionswände, die sich durch die Austrittskammer 19 quer zum Strömungsweg der Luft erstrecken, wobei jede Reflexionswand eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen für die Luft freiläßt.

Bei der in 5 und 6 dargestellten Ausführungsform trifft die im Durchlaßbereich 21 in die Austrittskammer 19 eintretende Luft bei ihrer Strömung zur Austrittsöffnung 11 zuerst auf eine erste Reflexionswand 35, die an ihren beiden Enden zwei Durchlaßöffnungen 39 freiläßt. In Strömungsrichtung hinter der ersten Reflexionswand 35 liegt eine zweite Reflexionswand 37, die etwa in ihrer Mitte von einer Durchtrittsöffnung 41 unterbrochen ist.

Wichtig ist, daß die Durchtrittsöffnungen 39 der ersten Reflexionswand 35 und die mindestens eine Durchtrittsöffnung 41 der zweiten Reflexionswand 37 gegeneinander versetzt sind, so daß der Luft ein gewundener Strömungsweg aufgezwungen wird. Vorzugsweise ist der Durchströmquerschnitt der Durchströmöffnungen 39 der ersten Reflexionswand 35 und/oder der Durchströmöffnung 41 der zweiten Reflexionswand 37 ungefähr gleich groß oder größer wie der Querschnitt der Eintrittsöffnung 9.

Der insoweit beschriebene, an sich bekannte Schalldämpfer wird gemäß der vorliegenden Erfindung so weiter ausgestaltet, wie im folgenden anhand von 7 und 8 erläutert wird. In 7 und 8 sind Teile, die den in 1 bis 6 gezeigten Teilen entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der in 7 und 8 gezeigte Schalldämpfer unterscheidet sich von dem in 1 bis 4 gezeigten in folgendem: Sowohl der Einströmöffnung 9 als auch dem Durchlassbereich 21 der Trennwand 15 gegenüberliegend ist an der Unterseite der Zwischenplatte 15 bzw. der Deckwand 5 jeweils eine Schicht 43 bzw. 44 aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise PTFE angebracht. Jede PTFE-Schicht 43 bzw. 44 besteht vorzugsweise aus einem Stapel von PTFE-Platten, z.B. je 10 Platten mit einer Wanddicke von je 1 mm. In dem Bereich, wo die PTFE-Schicht 43 bzw. 44 angebracht ist, ist vorzugsweise die Dicke der Zwischenplatte 15 bzw. der Deckplatte 5 reduziert, sodass eine Vertiefung zur Unterbringung der PTFE-Platten 43 bzw. 44 gebildet wird.

Jeder der PTFE-Schichten 43 bzw. 44 ist vorzugsweise eine Lochplatte 42 bzw. 45 vorgelagert. Vorzugsweise besteht jede Lochplatte 42 bzw. 45 aus Metall, ist also ein Lochblech. Vorzugsweise hat jedes Lochblech eine Vielzahl von Löchern mit einem Durchmesser von ca. 5 mm. Beispielsweise kann jedes Lochblech aus V4A-Stahl mit einer Dicke von 1,5 mm oder aus einer Al-Si-Mg-Legierung mit einer Dicke von 3 mm bestehen.

Die Lochbleche 42 bzw. 45 und PTFE-Platten 43 bzw. 44 bilden mit dem Material der Trennwand 15 bzw. Deckwand 5 nach Art einer Sandwich-Bauweise eine feste und unzerstörbare Einheit. Die Lochplatten 42 bzw. 45 und PTFE-Platten 43 bzw. 44 können aber auch mechanisch durch Schrauben (nicht dargestellt) an der Trennwand 15 bzw. Deckwand 5 befestigt sein.

Wird der Schalldämpfer an der Druckluft-Austrittsseite eines Schrauenkompressors angeordnet, so wird er von Druckluft durchströmt, deren Betriebstemperatur zwischen 220°C und 280°C liegt und nach wenigen Minuten Betriebszeit erreicht wird. In diesem Temperaturbereich wird PTFE thermoplastisch, verliert dabei aber im wesentlichen nicht seine Konsistenz. Versuche haben gezeigt, dass der Übergang des PTFE in den thermoplastischen Zustand hervorragend geeignet ist, hochfrequente Schallwellen aufzunehmen und abzubauen.

Wandschichten aus Kunststoff, der bei Betriebstemperatur thermoplastisch wird, können auch in anderen Bereichen der den Strömungsweg des Gases begrenzenden Wandungen angebracht werden. Die in 7 und 8 dargestellte Anbringung der PTFE-Schichten 43 bzw. 44 in den der Einströmöffung 9 bzw. den Durchströmöffnungen 21 gegenüberliegenden Bereichen der Zwischenwand 15 bzw. Deckwand 5, die Aufprall- und Umlenkflächen für die Druckluft darstellen, hat sich jedoch als besonders wirksam erwiesen, weil hier durch den Aufprall und die Umlenkung der heißen Druckluft eine besonders intensive Wechselwirkung mit dem thermoplastisch wirkenden Kunststoff erzielt wird.


Anspruch[de]
  1. Schalldämpfer für heißes Gas, das den Schalldämpfer mit einer Betriebstemperatur in einen vorgegebenen Temperaturbereich durchströmt, wobei der Schalldämpfer eine mindestens einen Strömungskanal für das Gas begrenzende Wandung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (5, 15) mindestens einen Wandungsbereich aufweist, der mindestens eine Schicht (43, 44) aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält, dessen Plastifizierungstemperatur in dem vorgegebenen Temperaturbereich liegt.
  2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Temperaturbereich zwischen 200° und 300° C liegt.
  3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichent, dass der Schicht (43, 44) aus Kunststoff eine Lochplatte (42, 45) vorgelagert ist.
  4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die Kunststoffschicht aufweisende Wandbereich sich in einer Prall- oder Umlenkwand (5, 15) befindet, die einer Einströmöffnung (19) oder Durchströmöffnungen (21) für das Gas gegenüberliegt.
  5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (43, 44) aus PTFE besteht.
  6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (43, 44) aus einem Stapel von PTFE-Platten besteht.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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