DE967452C - Akustisches Tiefpassfilter - Google Patents

Description

E 7353

Es sind akustische Dämpfer bekannt, bei denen

zur Vermeidung gemeinsamer Längsresonanzen die Kammerlängen und Rohrlängen in ihrer Reihenfolge von Kammer zu Kammer gestaffelt sind, d. h. verschiedene Längsabmessung erhalten.

Außerdem sind akustische Dämpfer bekannt, bei denen mehrere parallel laufende Gaskanäle verschiedener Länge und verschiedenen Querschnitts in die Kammer münden, wobei insbesondere das Verhältnis von Querschnitt zur Länge konstant ist.

Es sind weiter akustische Dämpfer bekannt, bei denen die Eigenfrequenz der Resonatoren

f _

e-V

gebildet aus Kammer V und nachfolgendem Gaskanal vom Querschnitt F und der Länge I trotz verschiedener Längs- und Querschnittsabmessungen untereinander gleich sind. In diesem Fall sind dann auch die Grenzfrequenzen, oberhalb denen die Dämpfung beginnt, für jedes akustische Kettenglied gleich.

Die vorangehend erläuterten bekannten Systeme berücksichtigen jedoch nicht den im akustischen Durchlaßbereich für die Leistung maßgebenden Ein- as gangswellenwiderstand des Dämpfers, der für einen symmetrischen Kettenleiter nach den Gesetzen der Elektrotechnik durch den Ausdruck

-Vf-

const

gegeben ist. Akustisch entspricht nun der elektrischen

_l Induktivität L die Gaskanalmasse ρ · -=- und der

709*761/9

akustischen Kapazität C der Ausdruck 5-, so da£

der akustische Wellenwiderstand sich· zu

= p ·c-

ergibt. Dasichdieser WellenwiderstandnurimDämpfereingang auf die Leistung auswirkt, ist beim vorliegenden Erfindungsgegenstand vorgesehen, daß dieser Wellenwiderstand auch für mehrere Eingangskettenglieder annähernd gleich, d. h. erfindungsgemäß bis auf io % konstant ist. Es genügt also nicht, daß nur die Grenzfrequenzen der einzelnen Resonatoren untereinander etwa gleich sind, wenn diese grundlegend verschiedene Wellenwiderstände besitzen, sondern es sollen in erster Linie die ■Eingangswellenwiderstände untereinander gleich sein, wobei die Grenzfrequenzen voneinander leicht abweichen dürfen. Dabei steigen diese Grenzfrequenzen erfindungsgemäß in Strömungsrichtung, d. h. im Eingang anfangs schwächer, später prozentual stärker, aber durchweg kontinuierlich, d. h. nicht sprunghaft, wobei die Frequenzabweichung von Stufe zu Stufe möglichst 25 % nicht übersteigen darf. Dieser Forderung entspricht beispielsweise für die Längsabmessungen die Zahlenreihe 9:8:7:6:5. Diese Forderung wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß die größeren Kammern mit längeren Gaskanälen, kleinere Kammern mit kürzeren Gaskanälen derart verbunden sind, daß bei gleichem Querschnitt!⁷ der für den Eingangswiderstand maßgebende Ausdruck

S' =

Gaskanallänge Kammerinhalt

bis auf 10% untereinander konstant ist und ebenso die Grenzfrequenzen fgr sich dabei anfangs nur um etwa io°/₀, am Ende um 20% unterscheiden.

Weiter wird als wesentliches bauliches Element erfindungsgemäß die gleichzeitige Verwendung von akustisch parallel geschalteten, gegebenenfalls von Kammer zu Kammer in Strömungsrichtung zusammenhängenden und insbesondere gleichzeitig gestaffelten Gaskanälen vorgeschlagen, d. h. der Dämpfer wird von vielen aus Einbaugründen vorteilhaft 3 bis 5 parallel laufenden Gaskanälen gleichzeitig durchdrungen, die entweder die Strömung in der Kammer und doit insbesondere an verschiedenen Stellen, und zwar· gegebenenfalls ohne Verwendung zusätzlichen Materials, unterbrechen lassen oder mit glattem Durchgang arbeiten. Auch im letzteren Fall soll die . Perforation erfindungsgemäß immer nur an einer bestimmten, jedoch verschiedenen Stelle vorgesehen sein, so daß sich zwischen den Kammern nicht perforierte, akustisch verschieden lange Rohrmassen befinden. Diese nicht perforierten Rohmassen werden nun, wie bereits erwähnt, erfindungsgemäß'innerhalb einer Kammer in bezug auf ihre Länge so gestaffelt, daß der Gasaustritt und -eintritt innerhalb einer Kammer an verschiedener Stelle liegt bzw. beginnt oder endet. Dabei wird nun diese Staffelung erfindungsgemäß spiegelbildlich symmetrisch so versetzt, daß auf größere Rohrmassen kleinere abwechselnd folgen, wodurch neben einer akustisch vorteilhaften Wirkung eine sehr günstige Bauweise in bezug auf die Klarheit des Systems erreicht wird.

Der Vorteil dieses gestaffelten Mehrkanalsystems wird nun noch dadurch erhöht, daß man schon im Dämpfereingang die größten Schallstromspitzen dadurch glättet, daß dort ein eingangs traufenartiger Einlauf als Kugelstrahler höchster Ordnungszahl vorgesehen wird.

Erfindungsgemäß wird hier somit die Abgaseintrittsöffnung in mindestens 200 bis 400 feinporige Einzelöffnungen etwa gleicher Gesamtrohreintrittsfläche aufgeteilt, und zwar über einer Abgasrohrlänge L von mindestens L = (2 bis 4) · D_Eohr , wobei diese Einlauftraufe weiterhin erfindungsgemäß innerhalb eines Diffusorvorvolumens liegen soll. Auch hier kann gegebenenfalls der Wellenwiderstand dieses Kettengliedes, gebildet aus Diffusorinnenvolumen mit anschließenden, in die erste Dämpferkammer eintretenden Rohrmassen und ebenso dessen Grenz^: frequenz mit in . die Abstimmung einbezogen werden.

Schließlich eignet sich vorliegender Mehrkammerfilter gleichen Wellenwiderstandes besonders für die Mehrport-, d. h. Doppelportausführung von Mehrzylindermotoren mit versetzter Zündzeitfolge. In diesem Fall wird die bekannte Querverbindung zwischen den Leitungen nicht wie üblich vor den Dämpfern, sondern erfindungsgemäß erst nach dem ersten, insbesondere erst im dritten¹'oder vierten Dämpferkettenglied vorgenommen. Durch diese Maßnahme wird ein besonders günstiger Leistungs- und Dämpf urigsverlauf erzielt, weil der Eingangswellenwiderstand des Dämpfers in diesem Falle durch die Querverbindung nicht gestört ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in zwei Schnittebenen.

In Fig. ι ist eine Schalldämpfungsanlage für eine Doppelportmaschine dargestellt. Die Abgase treten in das Abgaseinlaufrohr 1 ein und durch die engporige Viellochtraufe 2 in das diffusorartig ausgebildete Vorvolumen 3 aus. Hieran schließt sich ein beispielsweise aus fünf Kettengliedern bestehendes akustisches Filter an, dessen Abmessungen in der Länge gestaffelt sind. Insbesondere sind hier die Längsabmessungen der Kammer S₁, S₂, S₃ usw. und in gleicher Weise die die Kammer verbindenden Rohrlängen in bestimmtem Verhältnis gestaffelt.

Wie aus den Figuren zu erkennen ist, werden im vorliegenden Fall drei Gaskanäle 4, 5, 6 vom Querschnitt F₁, F₂, F₃ in akustischer Parallelschaltung und in Strömungsrichtung zusammenhängend verwendet. Die Staffelung ist hierbei spiegelbildlich symmetrisch so vorgenommen, daß lange Rohrstücke mit kurzen abwechseln. Es bilden sich dann zusammenhängende, beispielsweise die in Fig. 1 (unterer Dämpfer) angedeuteten symmetrischen und längs gestaffelten Teilstücke 7, 8, 9 und 10 aus. Für jedes dieser akustischen Massenstücke ergibt sich rechnungsmäßig

dann eine mittlere akustische Masse, die sich nach der Gleichung

result.

errechnet. Diese akustische Masse muß dann in ίο bestimmtem konstantem Verhältnis zu der vorangehenden Kammer stehen, so daß einmal der Quotient von resultierender akustischer Masse zum Volumen konstant ist, d. h., die resultierende Masse aus den Rohrstücken I₁,1₂ und I₃ verhält sich zum Volumen der Kammer V₂ wie die resultierende Masse aus den Rohrstücken l_trl_t,l_e zur Kammer V₃, womit der Wellenwiderstand dieser Kettenglieder konstant wird. Dasselbe gilt ebenso für die nächstfolgenden Kammern. Außerdem sind die Gaskanäle 4, 5, 6 in bezug auf die Strömungsunterbrechung gegebenenfalls aus einem Stück ohne Verwendung weiteren Materials hergestellt, wie dies beispielsweise aus der Stelle 11 ersichtlich ist. Ebenso können diese Stellen der Strömungsunterbrechung vorteilhafter durch einen verlustlos glatten Durchgang ersetzt werden, wie dies die Stelle .12 darstellt, wobei die Stellen 11 und 12 als akustische Unterbrechung gleichbedeutend sind. In diesem Fall sind sowohl die Strömungsunterbrechungsstellen als auch die Stellen der perforierten Teile in der Kammer versetzt und, wie aus der Fig. 1 ersichtlich und bereits erwähnt, symmetrisch spiegelbildlich angeordnet. Schließlich stellt die' Querverbindungsleitung 13 einen Abgasdruckausgleich zwischen den zwei Dämpfern dar, wobei diese Verbindung nicht wie bisher in der ersten Kammer, d. h. in der Diffusorkammer 3 erfolgt, sondern im vorliegenden Fall im dritten Kettenglied des Filters. Hierbei kann diese Verbindung auch als gesonderter Kanal innerhalb des Dämpfers verlegt sein, so daß die Verbindungsleitung auch in der Höhe der vorderen Kammern zwischen den beiden Dämpfern zu liegen kommen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Verbindungsleitung in Bogenform auszubilden. Für die Berechnung der Abstimmung hinsichtlich Wellenwiderstand und Grenzfrequenz gelten schließlich fölgende Gesetze:

= const., d.h. ρ -c

Die mit vorliegender Anordnung erzielte Gesamtlautstärke liegt ungefähr bei 85 Phon, wobei dieser Dämpfer den kleinsten dynamischen Widerstand und damit eine optimal mögliche Leistung garantiert. Schließlich werden zur Klangfarbenregelung erfindungsgemäß die Gaskanalausgänge innerhalb der Endkammer zusätzlich mit Auslauftraufen 14, 15 und 16 versehen, so daß der Dämpfer gleichzeitig im Einlauf und Auslauf mit Kugelstrahlern höchster Ordnungszahl versehen ist.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Tiefpaßfilter, bestehend aus mehreren akustischen Kettengliedern mit akustisch parallel geschalteten, insbesondere drei bis fünf Gaskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere die Kammern verbindende Kanäle bereits in einer Kammer in bezug auf Länge und gegebenenfalls Querschnitt F so gestaffelt sind, daß der akustische Wellenwiderstand

   S =

   ■v

   für mehrere Eingangskettenglieder untereinander annähernd konstant ist, die Grenzfrequenzen

   aber verschieden sind, und zwar in Strömungsrichtung kontinuierlich,, .insbesondere anfangs schwach, später im Verhältnis stärker ansteigen.
2. 2. Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kammerlängen gestaffelt sind, insbesondere in Strömungsrichtung in ihrer Länge abnehmen.
3. 3. Tiefpaßfilter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle in bezug auf ihren Querschnitt F derartig gestaffelt sind, daß jeder Gaskanal innerhalb einer Kammer mit dem bis auf 20 % etwa konstanten Quotienten

   -γ = const ausgebildet ist.
4. 4. Tiefpaßfilter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammern verbindenden hintereinanderliegenden Kanäle von Kammer zu Kammer baulich zusammenhängen und die Staffelung dieser Vielrohrkanäle gegeneinander spiegelbildlich symmetrisch so versetzt ist, daß für einzelne Gaskanäle in Strömungsrichtung lange Rohrstücke mit kurzen in der Reihenfolge abwechseln.
5. 5. Tiefpaßfilter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe einen an

   sich bekannten Eingangsströmungsdifiusor als Vorkammer besitzt.
6. 6. Tießpaßfilter nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser im Eingang eine als Kugelstrahler höchster Ordnungszahl wirkende, an sich bekannte Eingangstraufe erhält, die die Abgaseintrittsöfinung in feinponge Einzelöffnungen aufteilt, wobei sich insbesondere diese Traufe innerhalb eines Diffusorvorvolumens befindet.
7. 7. Tießpaßfilter nach den Ansprüchen ibis6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrportanlagen die Abgasrohrquerverbindung für den Gasstrom zwischen den Dämpfern selbst erst nach dem ersten akustischen Kettenglied, insbesondere im dritten oder vierten Kettenglied des Dämpfers erfolgt.
8. 8. Tiefpaßfilter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanalausgänge in der Endkammer mit an sich bekannten Auslauf trauten versehen sind. ao

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Buschmann, »Taschenbuch für den AutoIngenieur«, 5. Auflage, 1947, S. 230/231.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 697/145 3.56 (7O9T61/9 11.57)