EP2082138B1

EP2082138B1 - Druckluft-schalldämpfer für pneumatische anwendungen

Info

Publication number: EP2082138B1
Application number: EP08707762A
Authority: EP
Inventors: Bodo Neef; Frank Baumann
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: EP2082138A1; DE502008001073D1; ATE476603T1; DE102007011455A1; WO2008110252A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluft-Schalldämpfer für pneumatische Anwendungen, mit einer Schallabsorptionseinrichtung, die von einem Luftführungskanal durchsetzt ist, der von einem Längenabschnitt eines hindernisfrei zwischen einem Lufteinlass und einem zur Atmosphäre ausmündenden Luftauslass verlaufenden Luftdurchtrittskanal gebildet ist.
Ein aus der DE 20205068 U1 bekannter Druckluft-Schalldämpfer dieser Art enthält eine aus einem porösen Material bestehende Schallabsorptionseinrichtung, die von einem Luftdurchtrittskanal durchsetzt ist, der über eine stirnseitige Luftaustrittsöffnung zur Atmosphäre ausmündet. Im Betrieb ist der Druckluft-Schalldämpfer an ein pneumatisches Gerät angeschlossen, beispielsweise an den Ausgang einer Ejektoreinrichtung, wobei er eine Dämpfung des Ausströmgeräusches der Druckluft bewirkt. Die schalldämpfende Wirkung basiert überwiegend auf einer Absorption der Schallenergie in der Schallabsorptionseinrichtung. Der durchgängige Luftdurchtrittskanal erlaubt einen ungehinderten Durchtritt der Druckluft und verhindert somit eine Verschmutzung des Schalldämpfmaterials. In der Druckluft enthaltene Verunreinigungen werden durch den Luftführungskanal hindurch zur Atmosphäre ausgestoßen.
Problematisch ist der Einsatz des bekannten Druckluft-Schalldämpfers allerdings in Verbindung mit hohem Druckluftdurchfluss. Die sich hier ergebenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten können ein relativ lautes Pfeifgeräusch hervorrufen. Deshalb eignet sich der bekannte Druckluft-Schalldämpfer vorwiegend für Anwendungen mit moderaten Strömungsgeschwindigkeiten.
In der DE 20 2004 005 746 U1 hat man bereits versucht, diesem Problem durch eine Verlängerung des Schalldämpfers entgegenzuwirken. Hierzu kann an ein Grundmodul eine beliebige Anzahl von Ergänzungsmodulen angesetzt werden. Dies führt allerdings zu relativ großen Baulängen, die nicht bei allen Anwendungen tolerierbar sind.
Bei einem aus der DE 31 11 383 A1 bekannten Schalldämpfer hat man der Schallabsorptionseinrichtung eine Prallplatte vorgelagert, um stromauf der Schallabsorptionseinrichtung eine Expansionskammer zu schaffen, die eine anfängliche Schalldämpfungsstufe bewirkt. Hier besteht allerdings eine erhöhte Verschmutzungsgefahr für die Schallabsorptionseinrichtung, da diese aus einem dichtgepackten Schalldämpfmaterial besteht, das der Druckluft keinen speziellen Luftführungskanal zur Verfügung stellt.
Die DE 100 11 023 A1 offenbart einen Schalldämpfer, der über keinerlei Schalldämm- oder Absorptionsmaterial verfügt. Die Schalldämpfung basiert hier darauf, dass die Druckluft mehrfach umgelenkt wird und durch einen Durchlassbereich hindurch von einer Eintrittskammer in eine Austrittskammer überströmt, der zur Eintrittsöffnung seitlich versetzt ist.
Aus der DE 198 25 151 A1 ist ein Schalldämpfer bekannt, der durchgängig mit Dämpfungsmaterial ausgekleidet ist und zahlreiche Zwischenwände mit versetzten Öffnungen aufweist. Am Ausgang des Schalldämpfers befindet sich als Hindernis im Luftführungskanal ein poröses Filtermaterial, das im Laufe der Zeit verschmutzen und die Leistung des Schalldämpfers herabsetzen kann.
Ein aus der DE 31 30 292 C2 bekannter Schalldämpfer ist stirnseitig komplett verschlossen und enthält einen hülsenförmigen Dämpfereinsatz, durch den die Druckluft hindurchtritt. Auch hier wird die Leistung allmählich abnehmen, weil der Dämpfereinsatz wie ein Filter wirkt und durch in der Druckluft mitgeführte Verunreinigungen verschmutzen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen trotz moderater Baulänge auch bei hohen Strömungsraten der Druckluft eine wirksame Schalldämpfung hervorrufenden Druckluft-Schalldämpfer zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Druckluft-Schalldämpfer der eingangs genannten Art zusätzliche Schalldämpfmittel vorhanden, die eine sich luftauslassseitig an die Schallabsorptionseinrichtung anschließende, einen größeren Querschnitt als die Luftaustrittsöffnung des Luftführungskanals aufweisende Expansionskammer aufweisen, deren der Luftaustrittsöffnung gegenüberliegende Abschlusswand von mindestens einem überlappungsfrei seitlich versetzt zu der Luftaustrittsöffnung angeordneten Luftauslasskanal durchsetzt ist und eine der Expansionskammer zugewandte Schallabsorptionsschicht sowie eine die Schallabsorptionsschicht an ihrer der Expansionskammer abgewandten Rückseite flankierende Schallreflexionsschicht aufweist.
In der dem Luftaustrittskanal nachgeordneten Expansionskammer kann eine Expansion und Verwirbelung der Druckluft auftreten, was eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Die zur Luftaustrittsöffnung des Luftführungskanals quer versetzte Anordnung des mindestens einen Luftauslasskanals verhindert in diesem Zusammenhang einen geradlinigen Durchgang der Druckluft. Der durch die strömende Druckluft verursachte Schall wird außer in der den Luftführungskanal umgebenden Schallabsorptionseinrichtung auch in der zur Abschlusswand der Expansionskammer gehörenden Schallabsorptionsschicht absorbiert, wobei die dieser nachgeordnete Schallreflexionsschicht einen mehrfachen Schalldurchgang durch die Schallabsorptionsschicht hervorruft, was eine besonders wirksame Geräuschminderung verursacht. Versuche haben ergeben, dass mit dem erfindungsgemäßen Druckluft-Schalldämpfer trotz relativ kurzer Baulänge auch bei relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Druckluft eine äußerst wirksame Schalldämpfung erzielbar ist. Bei alledem ermöglicht der Schalldämpfer eine kostengünstige Herstellung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der mindestens eine Luftauslasskanal verläuft bevorzugt parallel zur Längsachse des insbesondere einen geradlinigen Verlauf aufweisenden Luftführungskanals.
Die beste Wirksamkeit des Schalldämpfers hat sich bei Verwendung eines einzigen, die Abschlusswand der Expansionskammer durchsetzenden Luftauslasskanals erwiesen. Gleichwohl wäre es prinzipiell möglich, beabstandet zueinander mehrere solcher zur Luftaustrittsöffnung versetzter Luftauslasskanäle in der Abschlusswand der Expansionskammer auszubilden.
Am besten wirksam ist die Schallabsorptionsschicht der Abschlusswand, wenn sie an ihrer der Expansionskammer zugewandten Vorderseite frei liegt, sodass die Schallwellen aus der Expansionskammer ungehindert eintreten können.
Für die Schallreflexionsschicht sind unterschiedliche Gestaltungen vorstellbar. Sie kann abgesehen von dem mindestens einen Luftauslasskanal vollständig geschlossen sein. Aber auch bei einer in weiteren Zonen luftdurchlässigen und mithin auch schalldurchlässigen Ausgestaltung stellt sich noch ein wirksames Reflexionsverhalten ein. Beispielsweise wäre es denkbar, die Schallreflexionsschicht in Gestalt einer feinen Gitterstruktur auszuführen. Ungeachtet eventueller Durchbrechungen in der Schallreflexionsschicht hat es sich allerdings als zweckmäßig erwiesen, zumindest den der Luftaustrittsöffnung des Luftführungskanals gegenüberliegenden Bereich geschlossen auszubilden. Hierbei handelt es sich insbesondere um den mittigen Bereich der Schallreflexionsschicht.
In Verbindung mit einer mittig in die Expansionskammer einmündenden Luftaustrittsöffnung ist es von Vorteil, wenn der die Abschlusswand durchsetzende mindestens eine Luftauslasskanal im äußeren Randbereich in die Expansionskammer einmündet.
In Verbindung mit der der Schallabsorptionseinrichtung nachgeordneten Expansionskammer hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der in die Expansionskammer einmündende ausgangsseitige Kanalabschnitt des Luftführungskanals kürzer ist und einen kleineren Querschnitt aufweist als ein sich stromauf anschließender eingangsseitiger Kanalabschnitt. Verunreinigungen werden hierbei besonders wirksam ausgestoßen, wenn zwischen den beiden Kanalabschnitten ein sich allmählich verjüngender konischer Übergangsabschnitt ausgebildet ist.
Für die Schallabsorptionseinrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Außenumfang zumindest teilweise nicht abzudecken, sodass Anteile der in den Luftführungskanal eintretenden Druckluft radial durch die Schallabsorptionseinrichtung hindurch zur Umgebung austreten können. Die Schallabsorptionseinrichtung kann komplett unabgedeckt ausgebildet oder beispielsweise von einem mechanische Beeinträchtigungen verhindernden Gehäuse käfigartig umschlossen sein.
Die Schallabsorptionsschicht und die Schallreflexionsschicht können stoffschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben oder gegenseitiges Anformen bei ihrer Herstellung. Daneben besteht die vorteilhafte Möglichkeit einer Realisierung in Gestalt zweier eigenständiger Wandelemente der Abschlusswand, die insbesondere mit gegenseitigem Kontakt unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind. Eine plattenförmige Gestaltung bietet sich hier besonders an, insbesondere scheibenartig mit kreisförmiger Außenkontur.
Der Druckluft-Schalldämpfer kann modular ausgebildet sein, was unter Umständen auch eine Nachrüstung bestehender, konventioneller Schalldämpfer ermöglicht. Die Expansionskammer mit der Abschlusswand sind Bestandteil eines Ergänzungsmoduls, das an ein die Schallabsorptionseinrichtung enthaltendes Grundmodul ansetzbar oder angesetzt ist. Die Befestigung kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder vorzugsweise eine Rastverbindung bewirkt werden.
Ein besonders einfach realisierbares Ergänzungsmodul enthält zwei unter Bildung einer Traghülse längsseits aneinandergesetzte Schalenelemente, in denen ein die Schallabsorptionsschicht bildendes plattenförmiges Schallabsorptionselement in dazu bestimmten Aufnahmen gehalten ist. Auch die Schallreflexionsschicht kann in dieser Weise installiert sein, setzt sich jedoch vorzugsweise aus schottartig nach radial innen ragenden, mit den Schalenelementen integralen Wandabschnitten zusammen, die sich zu der Reflexionsschicht ergänzen. Für den sicheren Zusammenhalt der Traghülse kann eine darübergesteckte Befestigungshülse vorgesehen sein, über die zweckmäßigerweise auch die Befestigung am Grundmodul stattfindet.
Die zusätzlichen Schalldämpfmittel können zur Verwirklichung einer mehrstufigen Schalldämpfung ausgeführt sein. Hierbei kann sich als weitere Stufe an die Abschlusswand der Expansionskammer eine weitere Expansionskammer anschließen, die von einer weiteren Abschlusswand begrenzt ist, welche durch mindestens einen zu dem Luftauslasskanal versetzten weiteren Luftauslasskanal durchsetzt ist. Die weitere Abschlusswand enthält eine für den in die weitere Expansionskammer eindringenden Schall zugängliche Schallabsorptionsschicht. Bei Bedarf können mehrere solcher weiterer Schalldämpfeinheiten hintereinandergeschaltet werden, wobei allerdings Versuche gezeigt haben, dass mit nur einer weiteren Schalldämpfeinheit ein bestmöglicher Kompromiss zwischen Schalldämpfung und Baulänge des Schalldämpfers erzielt wird.
Zweckmäßigerweise sind sämtliche Schalldämpfeinheiten der zusätzlichen Schalldämpfmittel in ein und demselben Ergänzungsmodul zusammengefasst. Gleichwohl ist aber auch ein modularer Aufbau denkbar, indem mehrere jeweils mindestens eine Schalldämpfeinheit umfassende Ergänzungsmodule vorhanden sind, die in beliebiger Anzahl aneinandergereiht werden können.
Der Druckluft-Schalldämpfer führt trotz der einen Luftdurchtrittskanal für die Druckluft bereitstellenden offenen Variante auch bei hohem Luftdurchsatz zu einem relativ geringen Schalldruckpegel. Hinzu kommt ein Selbstreinigungseffekt, der dadurch bedingt ist, dass Verunreinigungen wie Schmutzpartikel oder Aerosole durch den offenen Luftdurchtrittskanal hindurch an die Atmosphäre ausgestoßen werden. Universelle Einsatzmöglichkeiten sind denkbar, beispielsweise ein Schalldämpfer-Baukasten, wobei mit einer Schallabsorptionseinrichtung ausgestattete Grundmodule nach Bedarf mit Ergänzungsmodulen ausrüstbar sind. Der Schalldämpfer kann insgesamt mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen und mit einer geringen Anzahl von Bauteilen verwirklicht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1: eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Druckluft-Schall- dämpfers,
Figur 2: eine Stirnansicht des Druckluft-Schalldämpfers mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus Figur 1,
Figur 3: einen Längsschnitt durch den Druckluft-Schall- dämpfer gemäß Schnittlinie III-III aus Figur 2,
Figur 4: den Druckluft-Schalldämpfer in einer Explosionsdar- stellung, wobei eine bevorzugt zum Einsatz kommende Traghülse eines Ergänzungsmoduls sowohl im zusam- mengebauten als auch im noch getrennten Zustand ge- zeigt ist,
Figur 5: die Anordnung aus Figur 4 aus einem anderen Blick- winkel und
Figur 6: ein Schalenelement der Traghülse in einer perspek- tivischen Einzeldarstellung.

In der Zeichnung ist strichpunktiert ein Abschnitt eines pneumatischen Gerätes 1 angedeutet, das bei seinem Betrieb von Druckluft durchströmt wird, die das Gerät über einen Auslasskanal 2 verlässt. Bei dem pneumatischen Gerät 1 kann es sich beispielsweise um ein Ventil, um eine zur Erzeugung von Unterdruck einsetzbare Ejektoreinrichtung oder um einen pneumatischen Antrieb handeln. Diese Aufzählung ist nicht als abschließend zu verstehen.
Um das Geräusch der durch den Auslasskanal 2 ausströmenden Druckluft zu dämpfen, ist an den Endabschnitt des Auslasskanals 2 ein erfindungsgemäßer Druckluft-Schalldämpfer 3 angeschlossen. Dieser weist an einem Ende einen Befestigungsabschnitt 4 auf, der insbesondere zur lösbaren Befestigung an dem pneumatischen Gerät 1 geeignet ist. Exemplarisch handelt es sich um einen mit einem Außengewinde versehenen Gewindeabschnitt, der in den Auslasskanal 2 lösbar eingeschraubt werden kann.
Der im Folgenden aus Gründen der Vereinfachung nur als "Schalldämpfer" bezeichnete Druckluft-Schalldämpfer 3 verfügt über eine längliche Gestalt, wobei er an seiner einen Stirnseite - im Bereich des Befestigungsabschnittes 4 - einen Lufteinlass 5 aufweist und an der entgegengesetzten Stirnseite einen Luftauslass 6. Seine äußere Gestalt ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen zylindrisch.
Durch den Schalldämpfer 3 hindurch verläuft zwischen dem Lufteinlass 5 und dem Luftauslass 6 ein Luftdurchtrittskanal 7. Die im Betrieb des pneumatischen Gerätes 1 auslassseitig anfallende Druckluft tritt über den Lufteinlass 5 in den Schalldämpfer 3 ein, durchströmt anschließend hindernisfrei den Luftdurchtrittskanal 7 und verlässt den Schalldämpfer schließlich zum größten Teil wieder über den Luftauslass 6.
Der Schalldämpfer 3 ist modular aufgebaut. Er verfügt über ein den Lufteinlass 5 aufweisendes Grundmodul 8 und ein an der dem Befestigungsabschnitt 4 entgegengesetzten Stirnseite daran, insbesondere lösbar, angesetztes, den Luftauslass 6 aufweisendes Ergänzungsmodul 9. Das Grundmodul 8 ist mit ersten Schalldämpfmitteln 12 ausgestattet, das Ergänzungsmodul 9 enthält den ersten Schalldämpfmitteln 12 wirkungsmäßig nachgeschaltete zusätzliche zweite Schalldämpfmittel 13.
Die ersten Schalldämpfmittel 12 des Grundmoduls 8 bestehen aus einer beispielsweise patronenförmigen Schallabsorptionseinrichtung 14. Hierbei handelt es sich um ein längliches Gebilde, das aus einem schallabsorbierenden Material besteht, insbesondere aus einem luftdurchlässigen porösen Material, beispielsweise ein Sintermaterial. Allerdings wird nicht das gesamte Volumen der Schallabsorptionseinrichtung 14 von diesem schallabsorbierenden Material eingenommen. Es ist vielmehr so, dass die Schallabsorptionseinrichtung 14 in Richtung ihrer Längsachse linear von einem einen Längenabschnitt des Luftdurchtrittskanals 7 bildenden Luftführungskanal 15 durchsetzt ist, der von der Druckluft durchströmt werden kann und um den herum sich eine aus schallabsorbierendem Material bestehende und zugleich luftdurchlässige Wandung erstreckt.
Der Luftführungskanal 15 besitzt eine dem Lufteinlass 5 zugewandte und mit diesem koaxial fluchtende Lufteintrittsöffnung 16. Ihr entgegengesetzt endet der Luftführungskanal 15 mit einer axial orientierten, bevorzugt mittig in der Querschnittsfläche der Schallabsorptionseinrichtung 14 angeordneten Luftaustrittsöffnung 17.
Die über den Lufteinlass 5 eintretende Druckluft kann die Schallabsorptionseinrichtung 14 axial ungehindert durchströmen. Ein gewisser Anteil der Druckluft tritt allerdings auch umfangsseitig radial aus der Schallabsorptionseinrichtung 14 zur Atmosphäre aus, nachdem sie deren umfangsseitige, poröse Wandung durchströmt hat. Dies hängt damit zusammen, dass die Schallabsorptionseinrichtung 14 an ihrem Außenumfang 18 zumindest teilweise unabgedeckt ist und freie Verbindung zur Atmosphäre hat. Um dies zu realisieren, könnte die Schallabsorptionseinrichtung 14 bei ausreichender Festigkeit am Außenumfang insgesamt abdeckungslos ausgebildet sein. Bevorzugt ist sie allerdings von einem käfigartig strukturierten Hülsenabschnitt 22 eines Grundmodulgehäuses 23 umschlossen, das auch den Befestigungsabschnitt 4 aufweist. Sie kann insbesondere nach Art einer Patrone von der dem Befestigungsabschnitt 4 entgegengesetzten offenen Stirnseite her in den Hülsenabschnitt 22 eingesteckt sein. Der Hülsenabschnitt 22 verfügt über eine Vielzahl um den Außenumfang 18 der Schallabsorptionseinrichtung 14 herum verteilt angeordneter fensterartiger Durchbrechungen 24, die einen Luftaustritt gestatten.
Aus der Druckluftströmung durch den Luftführungskanal 15 hindurch resultierende Schallwellen treten in die Wand der Schallabsorptionseinrichtung 14 ein und werden darin partiell absorbiert. Da die Schallabsorptionseinrichtung 14 nicht in einem geschlossenen Raum untergebracht ist, werden die in das Schallabsorptionsmaterial eindringenden Schallwellen kaum reflektiert und können durch die infolge der fensterartigen Durchbrechungen 24 unabgedeckten Bereiche des Außenumfanges 18 zur Umgebung austreten.
Der Luftführungskanal 15 verfügt zweckmäßigerweise über einen sich in der Richtung der gemäß Pfeilen 25 strömenden Druckluft verringernden Querschnitt. Der Luftführungskanal 15 enthält einen von der Lufteintrittsöffnung 16 ausgehenden eingangsseitigen Kanalabschnitt 26 relativ großen Querschnittes, an den sich koaxial ein bis zur Luftaustrittsöffnung 17 verlaufender ausgangsseitiger Kanalabschnitt 27 anschließt, der einen wesentlich geringeren Querschnitt als der eingangsseitige Kanalabschnitt 26 aufweist. Er fällt zweckmäßigerweise auch wesentlich kürzer aus als der eingangsseitige Kanalabschnitt 26.
Ungeachtet dieser Durchmesserabstufung besitzt der Luftführungskanal 15 einen geradlinigen Verlauf, wobei seine Längsachse 28 mit der Längsachse der Schallabsorptionseinrichtung 14 zusammenfällt.
Um im Übergangsbereich zwischen den beiden Kanalabschnitten 26, 27 eine Ablagerung von Verschmutzung zu vermeiden, kann der Luftführungskanal 15 dort einen strichpunktiert angedeuteten konischen Übergangsabschnitt 32 aufweisen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schallabsorptionseinrichtung 14 becherähnlich gestaltet. Sie enthält eine den eingangsseitigen Kanalabschnitt 26 umschließende, im Wesentlichen hohlzylindrische Seitenwand und einen sich daran anschließenden, von dem ausgangsseitigen Kanalabschnitt 27 durchsetzten Boden.
Der Schalldämpfer 3 ist auch schon ohne das mit den zweiten Schalldämpfmitteln 13 ausgestattete Ergänzungsmodul 9 wirksam. Wegen des bei hohem Durchsatz auftretenden Ausströmgeräusches der an der Luftaustrittsöffnung 17 austretenden Druckluft empfiehlt sich der alleinige Einsatz des Grundmoduls 8 allerdings nur für Anwendungen mit geringerem bis mittlerem Luftdurchsatz.
Die zweiten Schalldämpfmittel 13 enthalten beim Ausführungsbeispiel zwei in dem Ergänzungsmodul 9 zusammengefasste, in Richtung der Längsachse 28 hintereinander angeordnete erste und zweite Schalldämpfeinheiten 33, 34. Hierbei ist die zweite Schalldämpfeinrichtung 34 optional, kann aber bei Bedarf auch noch um eine oder mehrere gleichartiger Schalldämpfeinheiten ergänzt werden.
Die erste Schalldämpfeinheit 33 enthält eine mehrschichtige erste Abschlusswand 35, die der die Luftaustrittsöffnung 17 aufweisenden Stirnfläche 36 der Schallabsorptionseinrichtung 14 mit geringem Abstand gegenüberliegt, sodass dazwischen eine in Richtung der Längsachse 28 eine nur geringe Höhe aufweisende erste Expansionskammer 37 definiert ist. Der Querschnitt der ersten Expansionskammer 37 quer zu der Längsachse 28 ist wesentlich größer als derjenige der Luftaustrittsöffnung 17, wobei sie zweckmäßigerweise einen kreisförmigen Umriss aufweist. Sie ist koaxial zu der Luftaustrittsöffnung 17 angeordnet, sodass Letztere mittig in die erste Expansionskammer 37 einmündet.
Ein einziger erster Luftauslasskanal 38 durchsetzt die erste Abschlusswand 35, und zwar derart quer zu der Längsachse 28 seitlich versetzt zu der Luftaustrittsöffnung 17, dass er sich mit dieser, in Richtung der Längsachse 28 betrachtet, nicht überlappt. Zweckmäßigerweise ist der erste Luftaustrittskanal zu der Luftaustrittsöffnung 17 beabstandet, wobei der Abstand ein Mehrfaches des Kanaldurchmessers betragen kann.
Bevorzugt ist der erste Luftauslasskanal 38 so angeordnet, dass er im radial außen liegenden Randbereich der ersten Expansionskammer 37 von dieser abgeht.
Die erste Expansionskammer 37 gehört zusammen mit der ersten Abschlusswand 35 zu der ersten Schalldämpfeinheit 33.
An die erste Abschlusswand 35 schließt sich in Richtung der Längsachse 28 über eine zweite Expansionskammer 42 eine zweite Abschlusswand 43 an. Auch die zweite Expansionskammer 42 besitzt eine nur geringe axiale Höhe. Die zweite Abschlusswand 43 ist von einem zu dem ersten Luftauslasskanal 38 parallelen zweiten Luftauslasskanal 44 durchsetzt, der quer zu der Längsachse 28 seitlich versetzt zu dem ersten Luftauslasskanal 38 angeordnet ist und sich mit Letzterem nicht quer überlappt. Zweckmäßigerweise sind die beiden Luftauslasskanäle 38, 44 in sich diametral gegenüberliegenden Bereichen angeordnet. Die der zweiten Expansionskammer 42 entgegengesetzte Kanalmündung des zweiten Luftauslasskanals 44 an der von der ersten Abschlusswand 35 abgewandten äußeren Stirnfläche 45 der zweiten Abschlusswand 43 bildet den oben erwähnten Luftauslass 6.
Somit setzt sich der Luftdurchtrittskanal 7 zusätzlich zu dem Luftführungskanal 15 noch aus den beiden Expansionskammern 37, 42 und den beiden Luftauslasskanälen 38, 44 zusammen. Bei Hindurchströmen durch die beiden Schalldämpfeinheiten 33, 34 der zweiten Schalldämpfmittel 13 bildet sich eine labyrinthartige Strömung der Druckluft aus.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die erste Abschlusswand 35 von mehreren quer zur Längsachse 28 beabstandeten ersten Luftauslasskanälen 38 durchsetzt, die dann alle so angeordnet sind, dass sich keine Überdeckung mit der Luftaustrittsöffnung 17 ergibt. Ist die zweite Abschlusswand 43 von mehreren zweiten Luftauslasskanälen 44 durchsetzt, sind diese so angeordnet, dass sich keine Überdeckung mit dem oder den ersten Luftauslasskanälen 38 der ersten Abschlusswand 35 ergibt.
Die erste Abschlusswand 35 hat einen mehrschichtigen Aufbau. Sie enthält eine die erste Expansionskammer 37 unmittelbar begrenzende erste Schallabsorptionsschicht 46, die sich mit Ausnahme des ersten Luftauslasskanals 38 über den gesamten Querschnitt der ersten Expansionskammer 37 erstreckt. Sie besteht aus einem schallabsorbierenden Material, insbesondere aus einem porösen Material, beispielsweise ein Sintermaterial.
Als weitere Schicht ist eine an der der ersten Expansionskammer 37 entgegengesetzten Rückseite der ersten Schallabsorptionsschicht 46 angeordnete erste Schallreflexionsschicht 47 vorhanden, die über schallreflektierende Eigenschaften verfügt. Beispielhaft besteht sie aus einem gasdichten Kunststoffmaterial.
Schallwellen der in die erste Expansionskammer 37 einströmenden Druckluft dringen in die erste Schallabsorptionsschicht 46 ein und werden dort teilweise absorbiert. An der ersten Schallreflexionsschicht 47 findet eine Reflexion der Schallwellen statt, sodass sie in die erste Schallabsorptionsschicht 46 zurückgeworfen werden. Auf diese Weise tritt eine wirksame Reduzierung des Schallpegels ein.
Indem die erste Expansionskammer 37 gegenüberliegend der ersten Schallabsorptionsschicht 46 unmittelbar von der Schallabsorptionseinrichtung 14 begrenzt ist, können von der Schallreflexionsschicht 47 reflektierte Schallwellen auch in deren schallabsorbierende Wandung eindringen, um eine weitere Absorption zu erfahren. Die schalldämpfende Wirkung wird dadurch nochmals verstärkt.
Um die Reflexionswirkung hervorzurufen, braucht die erste Schallreflexionsschicht 47 nicht vollständig durchbrechungslos ausgebildet zu sein. Exemplarisch ist die erste Schallreflexionsschicht 47 zusätzlich zu dem ersten Luftauslasskanal 38 auch noch von einer Mehrzahl weiterer Durchbrechungen 48 durchsetzt, denen keine Durchbrechung der ersten Schallabsorptionsschicht 46 zugeordnet ist. Sie liegen jedoch außerhalb des Zentrums der ersten Abschlusswand 35. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die erste Schallreflexionsschicht 47 zumindest in dem der Luftaustrittsöffnung 17 des Luftführungskanals 15 axial gegenüberliegenden Bereich geschlossen ausgebildet ist. Dieser geschlossene Bereich ist bei 52 kenntlich gemacht.
Die zweite Abschlusswand 43 enthält eine in ihrer Gestaltung zweckmäßigerweise mit derjenigen der ersten Schallabsorptionsschicht 46 übereinstimmende zweite Schallabsorptionsschicht 53. Prinzipiell könnte die zweite Abschlusswand 43 aus ausschließlich der zweiten Schallabsorptionsschicht 53 bestehen. Aus noch zu erläuternden konstruktiven Gründen ist ihr beim Ausführungsbeispiel allerdings an der der zweiten Expansionskammer 42 zugewandten Seite eine schallreflektierende Zusatzschicht 54 vorgelagert. Damit die zweite Schallabsorptionsschicht 53 in dem gewünschten Maße wirksam werden kann, ist die schallreflektierende Zusatzschicht 54 von einer Mehrzahl von Durchbrechungen 55 durchsetzt, die eine freie Verbindung zwischen der zweiten Expansionskammer 42 und der zweiten Schallabsorptionsschicht 53 schaffen.
Zweckmäßigerweise sind die Schichten 46, 47 sowie 53, 54 einer jeweiligen Abschlusswand 35, 43 als eigenständige Wandelemente ausgebildet, die aneinandergesetzt sind und durch geeignete Mittel in Berührkontakt gehalten werden. Hiervon abweichend könnten die Schichten aber auch jeweils unmittelbar fest miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen.
Bevorzugt weist das Ergänzungsmodul 9 eine Traghülse 56 auf, die die diversen Schichten 46, 47, 53, 54 trägt. Diese Traghülse 56 besteht beim Ausführungsbeispiel aus zwei kreisbogenförmig gekrümmten Schalenelementen 57a, 57b mit einer Umfangserstreckung von jeweils 180°, die mit ihren offenen Seiten voraus gemäß Pfeilen 58 längsseits aneinandergesetzt sind und zwischen sich die diversen Schichten 46, 47, 53, 54 aufnehmen. Die die vorgenannten Schichten enthaltende Traghülse 56 wird zur Lagesicherung ihrer Schalenelemente 57a, 57b koaxial in eine Befestigungshülse 62 eingesteckt, was durch Pfeil 63 verdeutlicht ist. Diese ebenfalls zu dem Ergänzungsmodul 9 gehörende Befestigungshülse 62 ist koaxial an das Grundmodul 9 ansetzbar und kann daran bevorzugt durch Rastverbindungsmittel 64 in insbesondere lösbarer Weise fixiert werden.
Beispielhaft beinhalten die Rastverbindungsmittel 64 mehrere von dem käfigartigen Hülsenabschnitt 22 axial wegragende, quer zu der Längsachse 28 federelastisch biegbare Haltearme 64a, die in eine Ringnut 64b am Innenumfang der Befestigungshülse 62 einrasten können.
Die Lagesicherung der Traghülse 56 in der einen Richtung übernimmt die Schallabsorptionseinrichtung 14, an der die Traghülse 56 bei angesetztem Ergänzungsmodul 9 anliegt. Für die Lagesicherung in entgegengesetzter Richtung ist beispielhaft ein Sicherungsring 65 zuständig, der im Anschluss an die Traghülse 56 in die Befestigungshülse 62 einsetzbar ist.
An den Innenflächen der Schalenelemente 57a, 57b sind Aufnahmen 66 ausgebildet, insbesondere in Gestalt nutartiger Vertiefungen, in die die bevorzugt plattenförmig ausgebildeten ersten und zweiten Schallabsorptionsschichten 46, 53 mit ihrem äußeren Randabschnitt eingesetzt sind. Verdrehsicherungsmittel 67, insbesondere in Gestalt zueinander komplementärer Abflachungen in den Aufnahmen 66 und am Außenumfang der plattenförmigen Schallabsorptionsschichten 46, 53, gewährleisten eine feste winkelmäßige Ausrichtung zwischen den Schallabsorptionsschichten 46, 53, sodass die Luftauslasskanäle 38, 44 stets den gewünschten gegenseitigen Abstand einhalten.
Von den Innenseiten der beiden Schalenelemente 57a, 57b ragen auf gleicher axialer Höhe je zwei dünnwandige Wandabschnitte 68a, 68b schottartig nach radial innen. Sie ergänzen sich im zusammengesetzten Zustand der Träghülse 56 zu der ersten Schallreflexionsschicht 47 und der schallreflektierenden Zusatzschicht 54. Aufgrund der in den Wandabschnitten 68a, 68b ausgebildeten Durchbrechungen 48, 55 ergibt sich ein symmetrischer Aufbau der Traghülse 56, sodass ihre Orientierung bei der Montage am Grundmodul 8 beliebig ist, was Verwechslungen ausschließt.
Ist das Ergänzungsmodul 9 lediglich mit der ersten Schalldämpfeinheit 33 ausgestattet, kann eine entsprechend verkürzte Traghülse 56 verwendet werden, die dann auch nur Wandabschnitte 68a, 68b zur Bildung der ersten Schallreflexionsschicht 47 aufweisen muss.
Zu den Abschlusswänden 35, 43 ist noch nachzutragen, dass deren Hauptausdehnungsebene rechtwinkelig zu der Längsachse 28 verläuft. Die Expansionskammern 37, 42 sind am radial orientierten Außenumfang nicht mit schallabsorbierendem Material versehen, sondern zweckmäßigerweise von einer schallreflektierenden Wand begrenzt, die beispielhaft von der Traghülse 56 gebildet ist.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Luftdurchtrittskanal 7 insgesamt zwar nicht linear verläuft, sondern innerhalb der zweiten Schalldämpfmittel 13 mehrmals seine Richtung ändert, gleichwohl jedoch in seinem Verlauf keine Strömungshindernisse wie zum Beispiel poröses Material oder sonstiges Filtermaterial vorhanden sind, sodass die Gefahr eines Verstopfens weitestgehend ausgeschlossen ist. Dadurch erfüllt der Schalldämpfer 3 hohe Sicherheitsanforderungen. Durch Verschmutzung hervorgerufene Rückstaus der Druckluft, die Fehlfunktionen in angeschlossenen pneumatischen Geräten auslösen könnten, werden zuverlässig vermieden.

Claims

Druckluft-Schalldämpfer für pneumatische Anwendungen, mit einer eine Schallabsorbierende Wandung aufweisenden Schallabsorptionseinrichtung (14), die von einem Luftführungskanal (15) durchsetzt ist, der von einem Längenabschnitt eines hindernisfrei zwischen einem Lufteinlass (5) und einem zur Atmosphäre ausmündenden Luftauslass (6) verlaufenden Luftdurchtrittskanal (7) gebildet ist, wobei zusätzliche Schalldämpfmittel (13) vorhanden sind, die eine sich luftauslassseitig an die Schallabsorptionseinrichtung (14) anschließende, einen größeren Querschnitt als die Luftaustrittsöffnung (17) des Luftführungskanals (15) aufweisende Expansionskammer (37) aufweisen, deren der Luftaustrittsöffnung (17) gegenüberliegende Abschlusswand (35) von mindestens einem überlappungsfrei seitlich versetzt zu der Luftaustrittsöffnung (17) angeordneten Luftauslasskanal (38) durchsetzt ist und eine der Expansionskammer (37) zugewandte, an ihrer der Expansionskammer (37) zugewandten Vorderseite unabgedeckte Schallabsorptionsschicht (46) sowie eine die Schallabsorptionsschicht (46) an ihrer der Expansionskammer (37) abgewandten Rückseite flankierende Schallreflexionsschicht (47) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer (37) an der der Abschlusswand (35) axial gegenüberliegenden Seite unmittelbar von der Schallabsorbierenden Wandung der Schallabsorptionseinrichtung (14) begrenzt ist, derart, dass von der Schallreflexionsschicht (47) reflektierter Schall stirnseitig in das schallabsorbierende Material der Schallabsorptionseinrichtung (14) eindringen kann.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungskanal (15) durchgängig einen geradlinigen Verlauf besitzt, wobei der mindestens eine Luftauslasskanal (38) zweckäßigerweise parallel zur Längsachse (28) des Luftführungskanals (15) verläuft.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallreflexionsschicht (47) zumindest in dem der Luftaustrittsöffnung (17) des Luftführungskanals (15) axial gegenüberliegenden Bereich geschlossen ausgebildet ist.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittsöffnung (17) querschnittsmittig in die Expansionskammer (37) einmündet.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftauslasskanal (38) im äußeren Randbereich der Expansionskammer (37) von dieser abgeht.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungskanal (15) einen von einer Lufteintrittsöffnung (16) ausgehenden eingangsseitigen Kanalabschnitt (26) und einen sichdaran anschließenden, zu der Luftaustrittsöffnung (17) führenden ausgangsseitigen Kanalabschnitt (27) aufweist, wobei der ausgangsseitige Kanalabschnitt (27) kürzer und mit kleinerem Querschnitt als der eingangsseitige Kanalabschnitt (26) ausgebildet ist, wobei zweckmäßigerweise zwischen dem eingangsseitigen Kanalabschnitt (26) und dem ausgangsseitigen Kanalabschnitt (27) ein konischer Übergangsabschnitt (32) vorgesehen ist.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallabsorptionseinrichtung (14) an ihrem Außenumfang zumindest teilweise derart unabgedeckt ausgeführt ist, dass ein Ausströmen von die schallabsorbierende Wandung der Schallabsorptionseinrichtung (14) durchdringender Druckluft zur Atmosphäre möglich ist.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallabsorptionsschicht (46) und die dieser benachbarte Schallreflexionsschicht (47) als zwei eigenständige Wandelemente der Abschlusswand (35) ausgebildet sind.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Schalldämpfmittel (13) Bestandteil eines Ergänzungsmoduls (9) sind, das an ein die Schallabsorptionseinrichtung (14) enthaltendes Grundmodul (8) ansetzbar oder angesetzt ist, wobei es zweckmäßigerweise durch Rastverbindungsmittel (64) an dem Grundmodul (8) fixiert ist.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergänzungsmodul (9) zwei unter Bildung einer Traghülse (56) längsseits aneinandergesetzte Schalenelemente (57a, 57b) aufweist, in denen Aufnahmen (66) für ein die Schallabsorptionsschicht (46) bildendes plattenförmiges Schallabsorptionselement ausgebildet sind und die Zweckmäßigerweise an ihren einander zugewandten Innenseiten schottartig nach innen ragende Wandabschnitte (68a, 68b) aufweisen, die sich bei zusammengesetzter Traghülse (56) zu der Schallreflexionsschicht (47) ergänzen, wobei die Traghülse (56) Zweckmäßigerweise in eine Befestigungshülse (62) eingesteckt ist, über die das Ergänzungsmodul (9) an dem Grundmodul (8) fixiert ist.
Druckluft-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Schalldämpfmittel (13) eine sich an der der Schallabsorptionseinrichtung (14) entgegengesetzten Seite an die die Expansionskammer (37) und die Abschlusswand (35) enthaltende Schalldämpfeinheit (33) anschließende weitere Schalldämpfeinheit (34) aufweisen, die eine mit dem Luftauslasskanal (38) kommunizierende weitere Expansionskammer (42) umfasst, die an der der Abschlusswand (35) der Schalldämpfeinheit (33) gegenüberliegenden Seite von einer eine weitere Schallabsorptionsschicht (53) aufweisenden weiteren Abschlusswand (43) begrenzt ist, die von mindestens einem überlappungsfrei seitlich versetzt zu dem Luftauslasskanal (38) verlaufenden weiteren Luftauslasskanal (44) durchsetzt ist, wobei zweckmäßigerweise mehrere weitere Schalldämpfeinheiten (34) hintereinandergeschaltet sind.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weiteren Schallabsorptionsschicht (53) an der der weiteren Expansionskammer (42) zugewandten Seite eine bereichsweise durchbrochene, in den undurchbrochenen Bereichen schallreflektierend ausgebildete Zusatzschicht (54) vorgelagert ist.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schalldämpfeinheiten (33, 34) gemeinsame Bestandteile eines Ergänzungsmoduls (9) sind.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus zwei längsseits aneinandergesetzten Schalenelementen (57a, 57b) bestehende Traghülse (56) als plattenförmige Schallabsorptionselemente ausgebildete Schallabsorptionsschichten (46, 53) mehrerer Schalldämpfeinheiten (33, 34) trägt.
Druckluft-Schalldämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schallabsorptionsschichten (46, 53) verdrehgesichert in der Traghülse (56) aufgenommen sind.