DE1166970B

DE1166970B - Resonanzschalldaempfer fuer zweiwellige Drehkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE1166970B
Application number: DEA23816A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Christoph Hubrich
Original assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1955-11-21
Filing date: 1955-11-21
Publication date: 1964-04-02

Description

Resonanzschalldämpfer für zweiwellige Drehkolbenmaschinen Die Erfindung betrifft einen Resonanzschalldämpfer für zweiwellige, insbesondere nach dem Rootsprinzip arbeitende Drehkolbenmaschinen, wie Gebläse, Gaszähler u. dgl., bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern, die durch Rohre miteinander verbunden sind, nach Art des Helmholtzschen Resonators. Für die Schalldämpfung solcher Drehkolbenmaschinen hat man bisher die bekannten für Verbrennungsmotoren entwickelten Resonanzschalldämpfer unverändert angewendet. Bei diesen Resonanzschalldämpfern sind die Resonanzkammern in geometrischer Staffelung zueinander ausgelegt. Sie sind daher insbesondere zum Dämpfen von breiten Schallbändem geeignet, die bei den mit unterschiedlicher Drehzahl arbeitenden Verbrennungsmotoren entstehen.
Die Erfindung, die die Ausbildung von Resonanzschalldämpfern bezweckt, die besonders für Rootsgebläse bestimmt sind, beruht auf der Erkenntnis, daß bei derartigen Maschinen jedoch andere Voraussetzungen für die Entstehung des zu dämpfenden Schalles als bei Verbrennungsmotoren gegeben sind. Ein wesentlicher Unterschied beruht darauf, daß Rootsgebläse, besonders größere Ausführungen, in ortsfesten Anlagen im Gegensatz zu Brennkraftmaschinen mit einer ganz bestimmten Drehzahl betrieben werden. Bei der Auslegung der Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen muß fast immer der Fall berücksichtigt werden, daß diese Maschinen mit nicht gleichbleibender Drehzahl betrieben werden. Infolgedessen unterscheidet sich das Schallspektrum eines Rootsgebläses erheblich von dem einer Verbrennungskraftmaschine. Die kleinen Ausführungen von Rootsgebläsen, wie sie beispielsweise als Aufladegebläse für Brennkraftinaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, verwendet werden und dabei von diesen Kraftmaschinen angetrieben werden, sollen hier unberücksichtigt bleiben.
Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß das Schalldiagramm einer im wesentlichen mit gleichbleibender Drehzahl arbeitenden Rootsmaschine im Gegensatz zu demjenigen einer Brennkraftmaschine, besonders einer solchen, die mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden soll, keine unbestimmten, sondern nur ganz bestimmte wenige Frequenzspitzen zeigt und daß diese Spitzen ihre Lage im Frequenzbereich nicht ändern. Bei den nach dem Rootsprinzip arbeitenden Drehkolbenmaschinen ist daher eine bei den Brennkraftmaschinen mit veränderlicher Drehzahl notwendige Breitbanddämpfung nicht erforderlich, wenn bei ihnen die Drehzahl im wesentlichen konstant bleibt und daher nur die obengenannten, ganz bestimmten Frequenzspitzen auftreten.
Da der Erfindung also die Erkenntnis zugrunde liegt, daß bei einem Resonanzschalldämpfer für Rootsmaschinen mit stationärer Drehzahl auf eine Breitbanddämpfung verzichtet werden kann, muß die dritte Resonanzkammer nicht - wie bei einer Breitbanddämpfung mit geometrischer Staffelung -genau auf der 18. Ordnung liegen. Es genügt vielmehr, wenn statt dessen die dritte Resonanzkammer, abweichend von der sonst üblichen geometrischen Staffelung, auf die 16. Ordnung ausgelegt wird.
In diesem Sinne sind gemäß der Erfindung die Resonanzkammern des Schalldämpfers im Verhältnis ihrer Volumina zueinander und die verbindenden Rohre bezüglich ihrer Sperresonanzen auf die den Schallintensitätsspitzen bei einer bestimmten Normaldrehzahl der Maschine entsprechende 8., 12. und 16. Ordnung der Drehzahl pro Sekunde ausgelegt. Damit löst die dritte Resonanzkammer, die sonst nur die Kopplungsschwingung erfaßte, ohne sich an der Dämpfung des Maschinenschalles zu beteiligen, jetzt zwei Aufgaben: Erstens liegt sie noch so in der Nähe der Kopplungsschwingung, daß sie diese voll ausreichend dämpft, und zweitens liegt sie genau auf der Hauptfrequenz des Maschinenschalles und unterstützt erfahrungsgemäß wesentlich diese Dämpfung. Die Eigenfrequenzen der Resonanzkammern und die Eigenfrequenzen der Verbindungsrohre entsprechen also der zweifachen, dreifachen und vierfachen Förderkammerzahl. Die auf die 16. Ordnung ausgelegte Kammer ist genauestens dafür ausgebildet, um die 2., 4. und 8. Ordnung zu dämpfen. Sie unterstützt also die Unterdrückung der Hauptharmonischen und trägt wesentlich zur Dämpfung des Maschinenschalles bei.
Obwohl durch die erfindungsgemäße Auslegung der Resonanzkammern 'die Breitbanddämpfung in gewissem Maße verlorengeht, da die dritte Resonanzkammer die gleichen Frequenzspitzen wie die 'erste Kammer dämpft, wird durch sie eine stärkere Diämpfung der Drehkolbenmaschinen als mit den bekannten für die Dämpfung von Verbrennungsmotoren dienenden Resonatoren erreicht. Bei dem erfmdungsgemäßen Resonanzschalldämpfer ist nämlich die erste Kammer ähnlich wie bei einem Schalldämpfer einer Verbrennungskraftnigschine nach der ersten störenden Frequenzspitze des Schalldiagramms ausgelegt. Die Eigenschwingungen der folgenden Kammern sind dagegen im Gegensatz zu den bekannten Resonanzschalldämpfern auf die Frequenzen der bei einer Drehkolbenmaschine entstehenden wenigen weiteren bestimmten Intensitätsspitzen des Diagramms abgestimmt. Es hat sich gezeigt, daß man in der Regel im ganzen mit drei Kammern auskommt, zumal etwa in höheren Frequenibereichen liegende Spitzen als Obertöne durch die Dämpfung der Grundschwingungen mit gedämpft werden.
Praktische Versuche haben ergeben, daß es bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Resonanzschalldämpfer für Drehkolbenmaschinen nicht erforderlich ist, eine besondere Kammer vorzusehen, deren Eigenschwingung auf die Koppelungsschwingungen abgestimmt ist.
Die bei einer Drehkolbenmaschine der Rootsbauart entstehenden Schallimpulse stehen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine und der Anzahl der Kolbenköpfe. Bei jeder Umdrehung der Antriebswellen einer zweiwelligen Rootsmaschine mit zwei zweiflügeligen Rotoren, also mit insgesamt vier Kolbenköpfen, werden auf deren Druckseite vier Förderstöße erzeugt. Wenn die Kante des die Auslaßöffnung der Maschine verschließenden Drehkolbens die Auslaßkammer öffnet, stürzt das auslaßseitig unter Überdruck in der Druckleitung stehende Fördermedium entgegen seiner eigentlichen Fortbewegungsrichtung zum Teil in die Gebläsekammer zurück und verdichtet die darin antransportierte Fördermittelmenge. Die Drehkolben müssen also nicht nur das aus der Saugleitung angesaugte Medium, sondern auch das aus der Druckkammer teilweise zurückstürzende Medium aus der Gebläseaustrittskammer herausdrücken. Bei jedem Förderstoß findet also eine Hin- und Rückbewegung des Fördermediums statt. Damit ergibt sich eine Intensitätsspitze bei einer Schallschwingungsfrequenz, welche der achtfachen Maschinendrehzahl pro Sekunde entspricht. Eine weitere Spitze entsteht bei der zwölffachen Drehzahl pro Sekunde, deren Ursache theoretisch noch nicht voll erkannt ist. Neben diesen beiden Spitzen entstehen weitere Intensitätsspitzen bei jedem geradzahligen Vielfachen der vorgenannten Schallschwingungsfrequenz, die aber in ihrer Intensität schon bei der vierten Spitze so stark abgefallen sind, daß sie im Regelfall unberücksichtigt bleiben können.
Auf Grund dieser Kenntnis der Entstehung der Schallimpulse ist es möglich, die bei einer Roots-Drehkolbenmaschine mit einer bestimmten Anzahl von Kolbenköpfen bei einer bestimmten Drehzahl auftretenden FrequeRzen bzw. Intensitätsspitzen zu errechnen. Es hat sich gezeigt, daß die derart errechneten Frequenzen für die Intensitätsspitzen mit denjenigen, die durch Versuche ermittelt wurden, weitgehend übereinstimmen. 11 In F i g. 1 der Zeichnung ist ein Resonanzschalldämpfer als Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem axialen Längsschnitt schematisch dargestellt. Die drei aufeinanderfolgenden, durch Rohre 4 und 5 miteinander verbundenen Kammern 1, 2 und 3 des Schalldämpfers sind so bemessen, daß die Eigenschwingungen der aufeinanderfolgenden Kammern den Frequenzen der Intensitätsspitzen im Schalldiagramm der Drehkolbenmaschine entsprechen, für welche dieser Schalldämpfer bestimmt ist.
F i g. 2 zeigt ein typisches Frequenz-Schallstärker-Diagramm eines Drehkolbengebläses. Man erkennt deutlich die drei markanten Intensitätsspitzen der 8., 12. und 16. Ordnung. Die 8. Ordnung ist regelmäßig die stärkste Ordnung und bildet die Hauptharmonische des Gebläseschalles. Die 16. Ordnung ist ein Oberton der 8. Ordnung und hat die doppelte Schwingungsfrequenz. Dazwischen tritt regelmäßig auch die 12. Ordnung stark hervor.
Im Gegensatz zu dem nach der Erfindung ausgebildeten Schalldämpfer würde man bei einem bekannten Resonanzschalldämpfer für Brennkraftmaschinen den gesamten Frequenzbereich mit einer systematischen Kammeraufteilung abzudecken suchen. Dazu verwendet man eine geometrische Staffelung. Man legt also die erste Kammer auf die erste Schallspitze, welche bei der niedrigsten Drehzahl auftritt, um hierdurch die betreffenden Frequenzen und deren geradzahlige Vielfache zu dämpfen, also beispielsweise 100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, 800 Hz usw. Die zweite Kammer wird beispielsweise auf 130 Hz ausgelegt, so daß hierdurch Frequenzen von 130 Hz, 260 Hz, 520 Nz, 1040 Hz usw. gedämpft werden. Die dritte Kammer käme z. B. auf 169 Hz und würde bei Frequenzen von 169 Hz, 338 Hz, 676 Hz, 1352 Hz usw. zur Wirkung kommen. Auf diese Weise kann man eine über das ganze Frequenzgebiet verteilte Dämpfung für folgende Frequenzen erreichen: 100, 130, 169, 200, 260, 338, 400, 520, 676, 800, 1040, 1352 Hz usw.
Aus dieser Gegenüberstellung ergibt sich deutlich der grundlegende Unterschied in der Ausbildung der Resonanzschalldämpfer nach der Erfindung. Würde man für ein Rootsgebläse einen Schalldämpfer mit geometrischer Staffelung verwenden, so würde man z. B. die 8., die 12. und die 18. Ordnung dämpfen. Die 18. Ordnung tritt aber im Schall des Rootsgebläses gar nicht auf. Eine für die 18. Ordnung ausgelegte Resonanzkammer würde daher allenfalls eine ungenaue und daher ungenügende Dämpfung der 16. Ordnung bewirken.

Claims

Patentanspruch: Resonanzschalldämpfer für zweiwellige, insbesondere nach dem Rootsprinzip arbeitende Drehkolbenmaschinen, wie Gebläse, Gaszähler u. dgl-, bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern, die durch Rohre miteinander verbunden sind, nach Art des Helmholtzschen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkammern (1, 2, 3) des Schalldämpfers im Verhältnis ihrer Volumina zueinander und die verbindenden Rohre (4, 5) bezüglich ihrer Sperresonanzen auf die den Schallintensitätsspitzen bei einer bestimmten Normaldrehzahl der Maschine entsprechende 8., 12. und 16. Ordnung der Drehzahl pro Sekunde ausgelegt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 685 768, 732 732, 732 733; USA.-Patentschrift Nr. 1874 326; Buch von Zeller: »Technische Lärmabwehr« (1954), S. 87.