DE1475701C - Interferenz Gerauschdampfer - Google Patents
Interferenz GerauschdampferInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Interferenz-Geräuschdämpfer für periodische Druckwellen in Strömungsmitteln,
die durch eine Leitung gefördert werden, bei dem die Druckwelle dadurch im wesentlichen ausgelöscht
wird, daß sie durch einen Hauptkanal und zugleich durch einen Nebenkanal so fortschreitet, daß sie
bei Wiedereintritt aus dem Nebenkanal in den Hauptkanal phasenverschoben ist.
Bei bekannten Bauarten, bei denen Haupt- und Nebenkanal parallel zueinander liegen, muß die Länge
des Hauptkanals einer Wellenlänge und die des Nebenkanals 1,5 Wellenlängen entsprechen. Bei anderen Bauarten, bei denen der Nebenkanal am einen
Ende mit dem Hauptkanal verbunden und am anderen Ende eine Reflexionsfläche aufweist, muß die Länge
des .Nebenkanals einem Viertel der Wellenlänge entsprechen.
Die Dimensionierung derartiger Geräuschdämpfer wurde dabei unter der Voraussetzung durchgeführt,
daß die Wände der Kanäle genügend starr sind, so daß Formänderungen der Kanäle in radialer
Richtung vernachlässigbar klein sind. Es ergeben sich hierdurch auf Grund der oben erwähnten Gesetzmäßigkeiten
verhältnismäßig große Längen für den Hauptkanal und den Nebenkanal, die den praktischen
Einsatz solcher Geräuschdämpfer häufig unmöglich machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Geräuschdämpfer der eingangs erwähnten Art so weiter
auszugestalten, daß ihre baulichen Abmessungen die Eingliederung auch bei nur geringem zur Verfügung
stehenden Raum ermöglicht ist.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß die Einflüsse der quer gerichteten Kräfte auf die
Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle in Längsrichtung im Stömungsmittel im wesentlichen eine
Folge der von den Kanalwanduiigen aufgenommenen Arbeit sind. Diese ist wieder im wesentlichen von der
Elastizität des Werkstoffs der Kanäle abhängig. Die Schallgeschwindigkeit steht somit in unmittelbarem
Zusammenhang mit der Elastizität der Wandungen der Kanäle.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Nebenkanal aus einem elastomeren
Werkstoff mit großer radialer Elastizität besteht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß ein den Hauptkanal bildendes Rohr unter Belassung eines den Nebenkanal bildenden Ringraums
mit freiem stromabwärtigem Ende koaxial innerhalb eines elastischen Außenrohres angeordnet ist und im
Bereich seines dicht mit dem Außenrohr verbundenen stromaufwärtigen Endes Wanddurchbrüche zu dem
Ringraum aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß ein den Hauptkanal bildendes Rohr unter Belassung eines den Nebenkanal bildenden Ringraumes
mit freiem stromabwärtigem Ende koaxial innerhalb eines elastischen Außenrohres mit in einer Kammer des
Außenrohres mündenden Ende angeordnet ist und der Ringraum an seinem der Kammer abgewandten Ende
eine Druckwellen-Reflexionsfläche aufweist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In dieser ist
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Interferenz-Geräuschdämpfers,
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer anderen bekannten Bauform,
F i g. 3 ein Längsschnitt durch einen Interferenz-Cieräuschdämpfer
nach der Erfindung, F i g. 4 ein Längsschnitt durch eine andere Bauform nach der Erfindung,
F i g. 5 ein Schnitt durch eine Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkung
mit einem eingegliederten Interferenz-Geräuschdämpfer nach der Erfindung und
F i g. 6 ein der F i g. 5 ähnlicher Schnitt durch eine andere Ausführungsform.
Der Interferenz-Geräuschdämpfer gemäß F i g. 1
hat einen Nebenkanal 10, der mit einem Hauptkanal 12 ίο verbunden ist, um periodische Druckwellen des in
diesem fortgeleiteten Druckmittels zu dämpfen. Erreicht eine Welle den Abzweigungspunkt des Nebenkanals
10, so teilt sie sich und wird durch den Nebenkanal 10 und den Hauptkanal 12 weitergeleitet. An
der Einmündungsstelle des "Nebenkanals 10 in den Hauptkanal 12 vereinigen sich die beiden Wellen, wobei
beide um 180° zueinander phasenverschoben sind. Theoretisch ergibt sich demzufolge an dieser
Stelle eine Amplitude Null. Beträgt die Länge des Hauptkanals 12 L1 = λ; so wird diese Wirkung dann
erzielt, wenn die Länge des Nebenkanals 10 auf
L = L1+ λ =.3-λ
2 2
a5 -'■;:. .. - '.v.' ·■·■ '■"■;■■ ■■./■.'.■
festgelegt wird.
F i g. 2 zeigt eine andere Form eines derartigen Geräuschdämpfers.
Die Welle tritt in den an seinem einen Ende geschlossenen Nebenkanal 14 ein, dessen Länge
auf eine Viertelwellenlänge festgelegt ist, wird an der geschlossenen Stirnwand reflektiert und kehrt am
Einmündungspunkt um eine halbe Wellenlänge verschoben in den Hauptkanal 12 zurück. An dieser
Stelle wird auf diese Weise wiederum eine Phasenver-Schiebung von 180° erzielt. In diesem Fall hat der
Nebenkanal 14 eine Länge L = -j.
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Interferenz- Geräuschdämpfer nach der Erfindung bestehen sowohl der
Hauptkanal 12 als auch der Nebenkanal 16 aus Gummi, während der der Ausführungsform gemäß F i g. 4 der
Nebenkanal 18 aus Gummi besteht.
Die Wellenlänge λ für eine periodische Welle einer
gegebenen Frequenz/, die mit einer Schallgeschwindigkeit c des Mittels fortschreitet, ergibt sich aus der
Gleichung
3C-.
Die Einflüsse der quergerichteten Kräfte auf die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle in Längsrichtung
ergeben sich aus der ermittelten Gleichung
K-D
E't
in der '
c die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Kanals,
V0 die normale Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer
kugligen Welle in einem freien Strömungsmittel
. oder die einer ebenen Welle in einer Leitung absoluter
Starrheit,
K der Elastizitätsmodul für Druck des Strömungs-
mittels,
D der Innendurchmesser des Kanals,
D der Innendurchmesser des Kanals,
E der Elastizitätsmodul der radialen Elastizität der
Kanalwand und .
/ die Dicke der Kanalwand ist.
K · D
Ist der Wert £ --groß im Verhältnis zum Wert
Ist der Wert £ --groß im Verhältnis zum Wert
Eins,, so ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Schallgeschwindigkeit gegenüber der in einem freien
Strömungsmittel oder in einem starren Kanal.
Ein öl mittlerer Güte beispielsweise, dem eine normale
Schallgeschwindigkeit c = 1332 m/sec und ein Elastizitätsmodul K = 15 500 kg/cm* zugeordnet sind,
würde bei Durchleitung durch einen Kanal aus Stahl mit einem Elastizitätsmodul von etwa 2,11 · 10· kg/cma,
bei einem Verhältnis —von 11,5 eine Geschwindigkeit
einer Druckwelle von etwa 1311 m/sec ergeben. Wird jedoch ein Kanal gleicher Abmessungen aus Gummi
verwendet, dessen Elastizitätsmodul etwa 56 kg/cms beträgt, so würde die Welle mit einer Geschwindigkeit
von 23,5 m/sec fortschreiten. Besteht der Nebenkanal 10 in F i g. 1 aus Stahl und enthält beispielsweise ein
Öl mittlerer Güte, so ist zur Abstimmung der Dämpfung einer Frequenz von 120 Hertz die Längendes
Nebenkanals 10 mit
a5
L· = Λ =
3·1311
2-120
= 16,5 m
zu wählen. :
Wird der Nebenkanal 10 dagegen aus Gummi hergestellt, so verringert sich seine Länge auf
3^= 0,292m, 2-120
wobei die Länge des Hauptkanals L1 = λ = 0,195 in
beträgt.
Bei dem Dämpfer gemäß F i g. 2 würde die Länge des Seitenkanals 14, wenn dieser aus Stahl besteht,
2,74 m betragen müssen. Bei der Herstellung aus Gummi, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist, wird jedoch
nur eine Länge von L = 50,8 mm benötigt, um den aus Gummi bestehenden Seitenkanal 18 auf eine Viertelwellenlänge
zu bringen.
Interferenz-Geräuschdämpfer mit Nebenkanälen, die auf eine Viertelwellenlänge oder ein ungerades Vielfaches
abgestimmt sind, können aus einer Vereinigung der Gleichung (1) und (2) nach der folgenden Gleichung
berechnet werden:
35
40
45
50
L =
E-t
worin η eine beliebige ungerade ganze Zahl ist.
Für Dämpfer mit auf eine Halbwellenlänge oder ein ungerades Vielfaches abgestimmten Nebenkanal gilt
die Gleichung:
55 finden, in denen erhebliche Geräusche angefacht werden
können. Bei der besonderen Ausgestaltung eines Interferenz-Geräiischdümpfcrs für diesen Zweck muß
berücksichtigt werden, daß ein geringitmöglicher
Druckverlust und eine möglichst gedrängte Bauweise erreicht werden muß, und daß der Dämpfer für die
Verwendung in einer Anlage geeignet sein muß, in der Drücke in der Größenordnung von 70 kg'cm3 herrschen. Ferner soll der Dämpfer zugleich der Zufuhr
von Druckmittel von einer Pumpe zum Lenkgitriebe dienen. ...
Der Dämpfer besteht nach F i g. 5 aus einem verstärktem
Gummirohr 34, das über einen Fitting 35 mit der Pumpe und mit einem Fitting 33 mit der Einlaßöffnung
zum Lenkgetriebe verbunden ist. Beidi Fittings 36 und 38 weisen zylindrische Sockel 4Q auf, die
das Gummirohr 34 umgreifen und ein Rohr 42 tragen, das koaxial zu dem Gummirohr 34 liegt.
Mit dem Rohr 42 ist das eine Ende eines Rohres 46 verbunden, dessen anderes freies Ende von einer
offenen Endkappe 48 umgeben ist. Der Ringraum 53, der zwischen dem Gum"nirohr34 und dem Rohr 46
gebijdet ist, bildet den Nebenkanal des Dämpfers, der auf eine Viertelwellenlänge abgestimmt ist und hierzu
die Länge L hat. Druckwellen von der Pumpe gelangen über die Rohre 42 und 46 in eine mit Druckmittel gefüllte
Kammer 52 innerhalb des Gummirohrs 34. Eine Druckwelle, die das Rohr 46 verläßt und in die Kammer
52 eintritt, breitet sich kugelförmig stromabwärts in Richtung auf das Lenkgetriebe und gleichzeitig
stromaufwärts in den Ringraum 50 aus. Die sich stromaufwärts bewegende Welle wird durch die innere
Fläche 54 des Fittings 36 reflektiert und bewegt sich stromabwärts längs des Ringraums 50 zurück. Sie wird
der durch die Kammer 52 fortschreitenden Welle überlagert, wobei sich eine Phasenverschiebung von im
wesentlichen 180° ergibt. Die Amplitude der Welle wird'damit im wesentlichen Null, so daß die von der
Pumpe herrührenden Druckwellen ausgelöscht werden und das Lenkgetriebe nicht erreichen können.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 hat das Rohr 46 eine offene Endkappe stromabwärts der
Pumpe; es kann diese Endkappe aber auch an dem stromaufwärts liegenden Ende vorgesehen sein.
Die Bauart nach F i g. 6 ist auf etwa die doppelte Länge der zuvor beschriebenen Einrichtung nach
F i g: 5 abgestimmt. Eintretende Druckwellen werden durch ein inneres Rohr 56 fortgeleitet, das an seinem
stromaufwärts liegenden ξηύε Durchbrüche 58 aufweist,
durch die die Druckwelle in einen Ringraum 60 zwischen dem Rohr 56 und dem es umgebenden Rohr
62 eintreten kann. Die stromabwärts durch den Hohlraum 60 fortschreitende Welle läuft der durch das
Rohr 56 fortschreitenden Welle um etwa 180° phasenverschoben nach. ■ . Die Zeitverzögerung beträgt hierbei
60
T = L£. _ .fi =
Co
Ct
L :==z
(3a)
E-t
worin m eine beliebige ungerade ganze Zahl ist.
Eine besondere Anwendung kann das erfindungsgemäße Prinzip bei Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkungen
worin
/ die Frequenz,
L die Länge des Kanals zwischen dem Abzweig- und Vereinigungspunkt und
c die Schallgeschwindigkeit ist, und die Indizes / und 0 sich auf die äußeren Kanäle des
Rohres 56 bzw. des Ringrauines 60 beziehen.
Bei koaxialer Anordnung der Rohre ergibt sich i = L0 — L. Damit wird
■ jL ==:
Co
If-[Ci-C0)
In der Annahme, daß et wesentlich größer als c„ ist,
wenn nämlich das Rohr 56 im wesentlichen aus starrem Werkstoff und das Rohr 62 aus hochelastischem
Werkstoff besteht, kann diese Gleichung vereinfacht werden zu
L =
_Co
2-7
wobei C0 aus den Eigenschaften und Abmessungen des
Rohres und des Druckmittels gemäß der oben erwähnten Gleichung (2) errechnet werden kann. Der Interferenz-Geräuschdämpfer
gemäß F i g. 6 hat daher im wesentlichen die doppelte Länge wie der nach der Bauart
gemäß F i g. 5 und unterliegt der Gleichung ' ao
2/
K-D
(4)
E-t
Da der Seitenkanal des Dämpfers nach der Erfindung aus verschiedenartigsten elastomeren Werkstoffen
gebildet werden kann, einschließlich nicht homogenen, kann der Elastizitätsmodul E in den Gleichungen (3)
und (4) entweder der Elastizitätsmodul oder ein gleichwertiger Modul der radialen Elastizität sein, der
empirisch für einen Kanal aus einem bestimmten Werkstoff ermittelt wird, indem die durch den Eingangsdruck
bedingte Ringspannung durch die Umfangsverformung, gemessen durch die Volumenzunahme,
dividiert wird. Ferner stellt die oben erwähnte Gleichung (2) über die von dem Druckmittel und der
Kanalwandung aufgenommene Arbeit nicht ausschließlich das Prinzip der erfindungsgemäßeri Arbeitsweise
dar. Ähnliche Gleichungen können aufgestellt werden, wenn diese Arbeit nicht allein von den Eigenschaften
des Werkstoffs, sondern auch von der Formgebung des Kanals abhängig ist. So kann der in
radialer' Richtung sehr dehnbare Nebenkanal des Dämpfers beispielsweise dadurch erreicht werden, daß
• er aus dünnem Metall besteht, das in axialer Richtung gewellt ist und dadurch infolge der Druckwellen eine
ausgesprochen radiale Dehnung erhält.
Einrichtungen nach der Erfindung sind nicht nur bei den beschriebenen Hilfskraftlenkungen einsetzbar,
. sondern in gleicher Weise auch in anderen Anlagen.
. Die Einrichtungen können auch für Leitungen, die ein gasförmiges Strömungsmittel führen, verwendet werden,
insbesondere wenn das Strömungsmittel höheren Druck aufweist.
Claims (3)
1. Interferenz-Geräuschdämpfer für periodische Druckwellen in Strömungsmitteln, die durch eine
Leitung gefördert werden, bei dem die Druckwelle dadurch im wesentlichen ausgelöscht wird, daß sie
durch einen Hauptkanal und zugleich durch einen Nebenkanal so fortschreitet, daß sie bei Wiedereintritt
aus dem Nebenkanal in den Hauptkanal phasenverschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkanal (34, 62) aus
einem elastomeren Werkstoff mit großer radialer Elastizität besteht.
2. Interferenz-GeräuschdämpfernachAnspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein den. Hauptkanal bildendes Rohr (56) unter Belassung eines den
Nebenkanal bildenden Ringraumes (60) mit freiem stromabwärtigem Ende koaxial innerhalb eines
elastischen Außenrohres (62) angeordnet ist und im Bereich seines dicht mit dem Außenrohr verbundenen
stromaufwärtigen Endes Wanddurchbrüche (58) zu dem Ringraum aufweist (F i g. 6).
3. Interferenz-Geräuschdämpfernach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß ein-den Hauptkanal
bildendes Rohr (46) unter Belassung eines den Nebenkanal bildenden Ringraumes (50) mit freiem
stromabwärtigem Ende koaxial innerhalb eines elastischen Außenrohres (34) mit in einer Kammer
(52) des Außenrohres mündendem Ende (48) angeordnet ist und der Ringraum an seinem der Kammer
abgewandten Ende eine Druckwellen-Reflexionsfläche (54) aufweist (F i g. 5).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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