DE965801C - Schalldaempfer - Google Patents

Description

PATfc'KTAMTES

AUSGEGEBEN AM 19. JUNI 1957

M 22893 Ia/46c⁶

Schalldämpfer

.'.)ie Erfindung bezieht sich auf Schalldämpfer mit geradem Durchgang, wie sie insbesondere beim Auspuff von Düsenmotoren für die Durchführung ton Versuchen in einer Zelle oder für die Erprobung des Triebwerks nach ihrem Einbau in ein Flugzeug angewendet werden.

Es sind Schalldämpfer mit geradem Durchgang bekannt',, bei denen ein gerader Hauptschall- und -gasführungskanal durch seine gelochte Wand, ίο einen diese Wand umgebenden Körper von schallschluckendem Material, z.B.Glaswolle oder Metallwolle, und eine diesen Körper umschließende gelochte Wand mit einem diese W^rand umgebenden, nach außen durch einen ungelochten Mantel abgeschlossenen Hohlraum akustisch verbunden ist.

Für diese Art von Schalldämpfern, die eine mehr oder weniger gleichmäßige Schalldämpfung über einen weiten Frequenzbereich ergeben, ist es charakteristisch, daß eine Herabsetzung der Dichte des schallschluckenden Materials zu einer stärkeren Dämpfung der höheren Tonfrequenzen auf Kosten der niederen Frequenzen führt. Ferner hat es sich gezeigt, daß bei Schalldämpfern mit geradem Durchgang Mineralwolle, z. B. Glaswolle, als schallschluckendes Material bessere akustische Eigenschäften als Metallwolle u. dgl. hat. Jedoch hat sich Mineralwolle bei Schalldämpfern für Strahldüsenmaschinen als unpraktisch erwiesen im Hinblick auf die sehr großen auftretenden Tonhöhen und die in dem Auspuffstrom auftretenden hohen Temperaturen, die häufig die Verwendung großer Mengen von Kühlwasser erforderlich machen, wodurch Lagen solchen Materials derart verstopft werden, daß sie nur noch eine schwache Dämpf ungs-

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leistung vollbringen. Andererseits bewirkt Metallwolle, die sich infolge ihrer Hitzebeständigkeit und ihrer geringeren Dichte als für diese spezielle Anwendung besonders brauchbar erwiesen hat, eine viel stärkere akustische Kupplung zwischen dem Hauptkanal und den diesen umgebenden Hohlräumen und somit eine verhältnismäßig schwache Dämpfung im Niederfrequenzende des Schallspektrums. Man kann dem in der Praxis nicht dadiirch abhelfen, daß man den Durchmesser der das metallische schallschluckende Material umgebenden geschlossenen Kammern vergrößert, denn man würde dann bei einem üblichen Durchmesser des Schall- und Gaskanals von 1,25 bis 1,50 m zu einem praktisch unmöglichen Außendurchmesser kommen. Eine Vergrößerung der Dicke der metallischen schallschluckenden Schicht würde sich ebenso auswirken und in den meisten Fällen zu untragbaren Kosten führen.

Es ist nun gefunden worden, daß mit Metallwolle die erwünschte Frequenzdämpfung bei Schalldämpfern mit geradem Durchlauf erreicht wird, wenn man einen Teil der Schicht dieses Materials gegen den sie umgebenden abgeschlossenen Hohlraum absperrt, indem man ihre Umhüllung nur in einem Teil ihrer Fläche locht. Dadurch wird die akustische Verbindung des Hohlraumes mit dem Hauptkanal verkleinert und damit die Niederfrequenzdrosselung der Schalldämpfung herabgesetzt, während ein akustisch ausgekleideter Durchgang für die Dämpfung der hohen Tonfrequenzen gewahrt wird.

Es hat sich ferner gezeigt, daß durch diese Maßnahme die Einwirkung auf niedere Frequenzen derart verbessert wird, daß die Verwendung von besonderen Niederfrequenzdämpfern nach Art von Filtern mit kleinem Durchgangsvolumen sich weitgehend erübrigt. Infolge Verwendung von Filtern mit teilweiser Schallabstrahlung werden im Schalldämpfer keine Vibrationen erzeugt. Gewiß ist keine völlige Entschallung der Resonanzkammern eines Filters in einem Schalldämpfer gemäß der Erfindung möglich, doch wird auf jeden Fall die effektive Geräuschdämpfung vergrößert. An sich sind Schalldämpfer mit geradem Durch lauf bekannt, bei denen der Durchgang vom gelochten Hauptrohr zu einem ihn umgebenden, nach außen durch einen ungelochten Mantel geschlossenen Hohlraum zum Teil durch eine undurchlässige go oder zum Teil durchlässige Zwischenwand mehr oder weniger abgesperrt ist. Dabei ist aber zwischen dem gelochten Hauptrohr und dem erwähnten Hohlraum kein schallschluckendes Material angeordnet, so daß sich wesentlich andere Dämpfungsbedingungen ergeben.

Dasselbe gilt auch für eine andere bekannte Anordnung, bei der eine das gelochte Hauptrohr umgebende Schicht von schallschluckendem Material nicht oder nur durch wenige Lochungen einer Zwi schenwand mit einem durch den Außenmantel begrenzten Hohlraum und durch weitere Lochungen in einer ringförmigen Stirnwand mit einem axial anschließenden leeren Teilraum in Verbindung steht, wobei überdies der ganze Gasstrom am geraden Durchgang durch das gelochte Hauptroht durch eine in diesem angebrachte gasdichte Wand verhindert wird.

Schließlich ist bereits der Vorschlag gemacht worden, bei einem Schalldämpfer der vorliegenden Art in dem den Hauptgas- und -schallkanal umgebenden. Mantel einen durch Lochungen der Kanalwand mit dem Kanal verbundenen, im übrigen aber dicht abgeschlossenen, mit Schallschluckstoff gefüllten Hohlraum vorzusehen und durch einen LängS'Schiitz im nicht gelochten Bereich der Kanalwand eine Verbindung mit einem oder mehreren von Schallschluckstoff freien, ebenfalls im übrigen abgeschlossenen Hohlräumen herzustellen. In diesem Bereich besteht somit ohne Dämpfung durch Schluckstoff eine akustische Verbindung mit dem Hauptschallkanal in Parallelschaltung mit dem die schallschluckende Packung enthaltenden Teilhohlraum.

Demgegenüber sind bei dem vorliegenden Schalldämpfer Locibungen der Schallkanalwand, eine schallschluckende Packung, äußere Lochungen und ein äußerer Hohlraum hintereinandergeschaltet. Die akustische Verbindung mit dem Schallkanal wird ebenfalls dadurch gedrosselt, daß die Kanalwand nur stellenweise gelocht wird, jedoch ist der go Kanal auch im ungelochten Teil mit Schallschluckstoff umpackt und dieser durchweg von einem freien Hohlraum umgeben. Die Schalldämpfung ist daher eine andere und wirksamere.

Die Zeichnungen stellen einige Verkörperungen g₅ des Erfindungsgedankens dar.

Fig. ι ist ein schematischer Längsschnitt durch eine bekannte Schalldämpferbauart;

Fig. 2 ist ein ähnlicher schematischer Längsschnitt durch einen Schalldämpfer gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist ein ähnlicher schematischer Längsschnitt einer anderen Ausführungsform;

Fig. 4 zeigt ebenfalls in schematischem Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 zeigt ebenfalls in ähnlicher Darstellung ein ferneres Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie 6-6 der

Fig. 5;

Fig. 7 ist ein Längsschnitt eines Schalldämpfers., der sämtliche Ausführungsformen der Fig. 2 bis 6 vereinigt;

Fig. 8 bis 10 sind graphische Darstellungen der Wirkungen der verschiedenen Schalldämpferausführungen.

Der bekannte Schalldämpfer gemäß Fig. 1 hat einen im allgemeinen zylindrischen Mantel 10, der in Stirnwänden it und 12 befestigt ist, und einen den Schall und das Gas führenden Hauptkanal 14. der durch ein gelochtes Rohr 16 gebildet wird, das sich zwischen den Stirnwänden 11 und 12 erstreckt. Ein äußeres gelochtes Rohr 18 umgibt das Rohr 16 konzentrisch, und eine Schicht von schallschlucken dem Material 20 ist im Zwischenraum zwischen den gelochten Rohren 16 und 18 untergebracht. Eine geschlossene Nebenkammer 22 befindet sich zwisehen dem zylindrischen Mantel 10, dem äußeren

gelochten Rohr 18 und den Stirnwänden ii und 12. Diese Kammer 22 ist mit dem Hauptkanal 14 durch die Schicht 20 von schallschluckendem Material akustisch verbunden.

Die Kurve A von Fig. 8 gibt die Dämpfung der Frequenzbänder für den bekannten Schalldämpfer gemäß Fig. 1 an, bei dem Metallwolle als schallschluckendes Material verwendet wurde und der Durchmesser und die Länge des zylindrischen Mantels 10 je gleich dem dreifachen Durchmesser des Hauptkanals 14 sind. Der zur Ermittlung der Kurve A verwendete Schalldämpfer hatte einen Hauptkanaldurchmesser von 15,25 cm. Die Messungen wurden mit einer Schallquelle durchgeführt, die einen Rauschgeräuscherzeuger und geeignete Verstärker und Lautsprecher enthielt, die eine akustische Leitung von bekannter Länge speisten. Mikrophone waren im akustischen Kanal vor und hinter der Dämpfungsvorrichtung angeordnet. Der in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Schalldämpfer eignet sich besonders zur Wahrung der wünschenswerten Eigenschaften der bekannten Schalldämpfer mit geradem Durchlauf gemäß Fig. i, wenn Metallwolle als schallschluckendes Material verwendet wird. Er hat einen zylindrischen Mantel 24, der durch Stirnwände 25 und 26 abgeschlossen ist, die ein in der Mitte angeordnetes in der Längsrichtung verlaufendes gelochtes Rohr 2j aufnehmen, das den Hauptschall- und -gasleitungskanal 28 bildet. Der Mantel, die Stirnwand und das innere gelochte Rohr entsprechen in jeder Hinsicht denselben Teilen bei der Ausführung gemäß Fig. i.

Eine Schicht von aus Metallwolle bestehendem schallschluckendem Material 29 umgibt das Rohr 27. Ein äußeres, teilweise gelochtes Rohr 30 umgibt die schallschluckende Packung 29. Das Rohr 30 hat dieselben Abmessungen wie das gelochte Rohr 18 der Fig. 1 und begrenzt demgemäß die Dicke der schallschluckenden Packungsschicht 29 auf die Stärke der Schicht 20 gemäß Fig. 1. Das Rohr 20 weist jedoch zwei ungelochte Teile 31 auf, die durch einen zylindrischen gelochten Teil 32 getrennt sind. Bei allen dargestellten Ausführungsformen sind die Art der Lochung und das Verhältnis der offenen Fläche zur Gesamtfläche im inneren und äußeren Rohr im wesentlichen dieselben, d. h., der gelochte Teil des äußeren Rohres und das gelochte innere Rohr stimmen hinsichtlich der Lochungen im wesentlichen überein. Vorzugsweise sind die gelochten Teile 40 % offen. Gemäß der Zeichnung umfaßt der gelochte Teil 32 annähernd ein Drittel der Oberfläche des äußeren Rohres 30 und die nicht gelochten Teile 31 die übrigen zwei Drittel. .Mit anderen Worten: die akustische Verbindung zwischen dem Hauptkanal 28 und der akustischen Nebenkammer 33 zwischen dem Rohr 30 und dem Mantel 24 besteht nur über einen Teil der Oberfläche des äußeren gelochten Rohres 30. In der Darstellung besteht diese akustische Verbindung durch etwa ein Drittel der Oberfläche des äußeren Rohres. Befriedigende Ergebnisse werden erreicht, wenn etwa 25 bis 50 % der ganzen Oberfläche des äußeren Rohres für die akustische Verbindung zur Verfugung stehen.

Die Frequenzdämpfungswirkung des Schalldämpfers gemäß Fig. 2,· dessen Größenverhältnisse denen des Schalldämpfers nach Fig. 1 entsprechen, ist durch die Kurve B der Fig. 8 im Vergleich mit der Wirkung des bekannten Schalldämpfers gemäß Fig. ι veranschaulicht, bei dem ebenfalls Metallwolle als schallschluckendes Material verwendet wurde. Die Kurve B läßt eine deutliche Verbesserung der schalldämpfenden Wirkung bei dem Schalldämpfer gemäß Fig. 2 erkennen, die besonders auffallend bei den niedrigen Frequenzen des Schallspektrums ist.

Fig. 3 stellt einen Schalldämpfer mit denselben Abmessungen wie Fig. 1 und 2 dar. Die Bezeichnungen sind, soweit Übereinstimmung besteht, dieselben wie in Fig. 2. Das dem Rohr 30 der Fig. 2 entsprechende Rohr 35 weist einen einzigen ungelochten Abschnitt 36 auf, der etwa zwei Drittel der Gesamtlänge des Rohres ausmacht, während das restliche Drittel 37 gelocht ist.

Die frequenzdämpfende Wirkung der Ausführungsform der Fig. 3 ist durch die Kurve C der Fig. 8 veranschaulicht. Die stärkste Dämpfung liegt hiernach im Niederfrequenzspektrum im Oktavband 150 bis 300.

Fig. 4 zeigt einen Schalldämpfer, der ungefähr halb so lang wie die Schalldämpfer gemäß Fig. 1 bis 3 bei gleichen Durchmessern seiner Teile ist. Dieser Schalldämpfer besitzt einen zylindrischen Mantel 40, der an beiden Enden durch Stirnwände 41,42 geschlossen ist, die in der Mitte ein gleichachsiges gelochtes Rohr 43 aufnehmen, das den Hauptgas- und -schallkanal 44begrenzt. Ein äußeres gelochtes Rohr 45 umgibt das innere gelochte Rohr 43 in einem Abstand, und zwischen beiden gelocht-- i_Ot> ten Rohren ist eine schallschluckende Packung 46 aus Metallwolle untergebracht. Der Hohlraum zwischen dem Mantel 40 und dem äußeren gelochten Rohr 45 ist in drei Kammern unterteilt, nämlich eine Hauptringkammex 47 und zwei kleinere Ringkammern 48. Die Kammern 48 sind durch kegelstumpfförmige Ringwände 50 abgetrennt, die sich zwischen dem äußeren gelochten Rohr 45 und den Stirnwänden 41 und 42 erstrecken. Bei dieser Ausführungsform sperren die kegelstumpfförmigen n₀ Ringwände 50 die Verbindung zwischen der Hauptnebenkammer und dem inneren gelochten Rohr zum Teil ab, so daß die akustische Verbindung zwischen ihnen verkleinert wird. Im übrigen erfolgt infolge des kleinen Volumens und der Form der Kammern ng 48 die Schwächung einer Gruppe von Tonfrequenzen, die weit höher sind als diejenigen, die durch die Hauptnebenkammer 47 geschwächt werden. Diese besondere Wirkung ist durch die Kurve E in Fig. 9 veranschaulicht. Zum Vergleich wurde der Schall _lzo dämpfer gemäß Fig. 4 auch mit herausgenommenen Wänden 50 geprüft mit dem aus Kurve D in Fig. 9 ersichtlichen Ergebnis.

Eine andere den Erfindungsgedanken verwirklichende Ausführungsform ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die

Stirnwände und das innere gelochte Rohr 43 identisch mit den entsprechenden Teilen der Ausführungsform der Fig. 4. Jedoch ist das äußere Rohr 51, das an die Stelle des gelochten Rohres 45 der Fig. 4 tritt, anders ausgeführt. Dieses Rohr besteht aus einem über die ganze Länge gehenden gelochten Teil 52 und einem ebenfalls über die ganze Länge gehenden ungelochten Teil 53. Der gelochte Teil 52 nimmt etwa ein Drittel des Umfangs, also der Gesamtfläche des Rohres 51 ein. Während der akustische Kupplungsbereich zwischen dem Hauptkanal 44 und der Nebenkammer 54 zwischen dem Rohr 51 und dem Mantel 40 bei Fig. 5 und 6 derselbe wie bei der Ausführung gemäß Fig. 4 ist, weicht die Wirkung, wie die Kurve F der Fig. 9 zeigt, etwas ab.

Natürlich genügt die schalldämpfende Wirkung eines einzelnen Dämpfers oder eines einzelnen Dämpferabschnittes von gegebener Länge im allgemeinen nicht zur Erfüllung der Anforderungen von Anlagen, in denen ein sehr weiter Bereich von Schallfrequenzen auftritt. Deshalb ist es vorteilhaft, mehrere Abschnitte derselben oder abweichender Ausführungen der dargestellten Art hintereinandergeschaltet zu verwenden, um die gewünschte Dämpfung zu erhalten. Die in Fig. 2, 3 und 5 dargestellten Ausführungen eignen sich besonders gut für Reihenkombinationen, weil in jedem solchen Abschnitt nur durch den gelochten Mantelteil hindurch eine akustische Verbindung der das schalldämpfende Material umgebenden Kammer mit dem Hauptkanal besteht, während im übrigen Teil wegen Fehlens dieser Verbindung eine Schallanstrahlung eintritt, die dem Entstehen einer Resonanz zwisehen den Abschnitten entgegenwirkt.

Die Wirkung einer Reihenkombination ist an sich bekannt. Jedoch sind solche Vorrichtungen nicht zu verwechseln mit denen der vorliegenden Erfindung, gemäß welcher die akustische Verbindung mit den außerhalb des Hauptkanals liegenden Hohlräumen durch einen Körper von schallschluckendem Material hergestellt wird, der auch einen akustischen Teil des Hauptkanals bildet. Infolge der Anwesenheit des schallschluckenden Materials in der Verr bindungszone ist die Einwirkung auf die Frequenzen verbreitert. Zusätzlich ist gemäß der Erfindung ein erheblicher Schutz, gegen Mantelgeräusche im äußeren Gehäuse vorgesehen; er tritt besonders deutlich auf infolge der teilweise schallabstrahlender Verbindungsfläche zwischen dem Hauptkanal und dem äußeren Gehäuse.

Fig. y stellt eine kombinierte Bauart dar, in der die vier beschriebenen verschiedenen Dämpfertypen vereinigt sind. Es sind Abschnitte 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 dargestellt, die ein einziges gelochtes Rohr 110 umgeben, durch das der Hauptgas- und -schallkanal 120 geht. Die Abschnitte 100 und 103 entsprechen der Ausführung der Fig. 3, weichen aber von ihr und voneinander in der Länge ab. Der Abschnitt 101 ist ähnlich ausgeführt wie der Schalldämpfer gemäß Fig. 2, aber von abweichender Länge, und der Abschnitt 102 unterscheidet sich nur in der Lange von der Ausführung gemäß Fig. 5. Die Abschnitte 104, 105 und 106 ähneln der Ausführung gemäß Fig. 4.

Eine typische Dämpfungskurve für einen kombinierten Dämpfer ist in Fig. 10 wiedergegeben, in der die angegebenen Tonfrequenzen in ihrer Größenordnung denen entsprechen, die in großen Schalldämpfern auftreten, bei denen der Hauptkanal einen y₀ Durchmesser in der Größenordnung von 1,25 bis 1,50 m hat. Ein Schalldämpfer dieser Art und Größe kann vorteilhaft beim Auspuff eines Düsentriebwerks od. dgl. verwendet werden. Zum Zwecke einer graphischen Darstellung der Wirkung ist der _7S Schalldämpfungsgrad als Ordinate der als Abszisse aufgetragenen Tonfrequenz gegenübergestellt. Die Geräuschdämpfung gemäß Fig. 10 berücksichtigt das selbsterzeugte Geräusch, das durch den Durchgang des sehr schnellen Gasstromes durch den Ge- räuschdämpfer vom Auspuff des Triebwerks aus erzeugt wird, und berücksichtigt ferner die Dämpfwirkung des Schalldämpfers. Darüber hinaus berücksichtigt Fig. 10 den Schallkurzschluß zwischen den einzelnen Abschnitten, der durch die Zwischenwände zwischen den Abschnitten sowohl als durch den Mantel des Schalldämpfers stattfindet.

Es sind andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, jedoch ist festgestellt worden, daß bei allen Ausführungsformen die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn die Verbindungsfläche zwischen dem Hauptkanal und der oder den Nebenkammern im Bereich von 25 bis 50 °/o· der Oberfläche des Hauptkanals liegt.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Schalldämpfer mit einem Hauptleitungskanal für das Gas und den Schall, dessen gelochte Wand von einer Schicht von schallschluckendem Material umgeben ist, das gehalten wird durch eine gelochte Umhüllung, um die herum eine Kammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (30, Fig. 2; 35, Fig· 3; 45. Fig-4; 51, Fig. 5) des schallschluckenden Materials, insbesondere Metallwolle, nur in einem Teil ihrer Fläche gelocht ist, um nur den im Bereich der Lochungen liegenden Teil der äußeren Kammer mit dem Hauptkanal akustisch zu verbinden.
2. 2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gelochte Teil 25 bis 50% der Gesamtfläche der LImhüllung ausmacht.
3. 3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa ein Drittel der Umhüllung gelocht ist.
4. 4. Schalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gelochte Teil in der Längsrichtung im wesentlichen die Mitte der Umhüllung einnimmt (Fig. 2).
5. 5. Schalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gelochte Teil am einen Ende der Umhüllung liegt (Fig. 3).
6. 6. Schalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gelochte Teil

   sich in der ganzen Länge der Umhüllung über einen Teil ihres Umfanges erstreckt (Fig. 5 und 6).
7. 7. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einer Stirnwand der das schallschluckende Material umgebenden Kammer und der gelochten Umhüllung durch eine oder zwei kegelstumpfförmige Einsatzwände (50, Fig. 4) eine oder zwei weitere Kammern (48) gebildet sind, wobei alle Kammern (47,48) mit dem Hauptkanal (44) durch die anliegenden Teile des schallschluckenden Materials akustisch verbunden sind und die Zusatzkammer oder -kammern (48) sich nach außen hin verengen, während die Mittelkammer (47) sich nach außen hin erweitert.
8. 8. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (47, 48) auf die akustische Maximaldämpfung erheblich verschiedener Tonfrequenzen abgestimmt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche ■ Patentschriften Nr. 733 047, 803452; USA.-Patentsdxriften Nr. 1954 516, 2056608.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 697/146 3.56 (709 551/18 6.57)