DE10121582C2 - Luftversorgungs-Aggregat für Fahrzeuge mit einem Kompressor und einem Schalldämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer zur Geräuschdämpfung beim Luftaustausch zwischen der Luftversorgungsanlage eines Fahrzeuges, insb. für eine Luftfederungsanlage und der Umgebung, wobei der Schalldämpfer über einen ersten Anschluss mit pneumatischen Funktionselementen am Fahrzeug und über einen zweiten Anschluss mit der Umgebungsluft verbunden ist.

Ein Beispiel für eine Druckluftanlage für ein Fahrzeug mit Luftfedern ist aus der DE 198 35 491 A1 bekannt. Bei derartigen Druckluftanlagen muss z. B. zur Niveauregelung des Fahrzeuges Luft aus den Luftfedern abgelassen oder mittels des Kompressors aufgefüllt werden, wobei die Luft üblicherweise über einen Lufttrockner geführt wird. Vor allem das Ablassen der Luft ist mit lauter, unangenehmer Geräuschentwicklung verbunden.

Es ist bekannt, die Luft in Druckluftsystemen von Fahrzeugen beim Ablassen über einen Schalldämpfer zu führen. So ist aus der DE 33 11 682 A1 ein Schalldämpfer für eine Druckluftbremsanlage zum Dämpfen des Auslassgeräusches bekannt, der im Gehäuse eines Lufttrockners untergebracht ist.

Schalldämpfer für Fahrzeuge sind vor allem in Verbindung mit Brennkraftmaschinen bekannt, wobei die Abgase diese Schalldämpfer im wesentlichen kontinuierlich durchströmen und der Schall bei bestimmten, diskreten Frequenzen dominiert.

Demgegenüber erfolgt bei den erwähnten Druckluftanlagen das Entweichen der Luft diskontinuierlich und schlagartig, oft mit einem explosionsartigen Knall, wobei der Schall ein breites, nahezu lückenloses Frequenzspektrum aufweist. Das Ansauggeräusch beim Auffüllen der Druckluftanlage durch den Kompressor hat dagegen einen geringeren Pegel, ein ausgeprägtes Linienspektrum und ist von längerer Dauer.

Aus der DE-PS 262 984 ist ein Schalldämpfer für eine Brennkraftmaschine bekannt, der mehrere aufeinander folgende Kammern aufweist, die durch sich diffusorartig erweiternde Kanäle miteinander verbunden sind. Ein Teil der Abgase von den Kanälen seitlich abgeführt und über die Kammern und einen gesonderten Ausgang nach außen geführt.

Aus der DE-PS 580 354 ist ferner ein Schalldämpfer für eine Schusswaffe bekannt, der in Verlängerung des Laufes der Waffe einen Strömungskanal mit mehreren hintereinander angeordneten Diffusoren aufweist, wobei zwischen den Diffusoren Durchbrechungen in der Wandung des Strömungskanals angeordnet sind, über die expandierenden Gase seitwärts aus dem Strömungskanal entweichen können.

Die DE 692 05 771 T2 beschreibt einen Schalldämpfer für eine Brennkraftmaschine, der mit einem katalytischen Konverter zur Abgasreinigung kombiniert ist und der mehrere hintereinander angeordnet Kammern aufweist, die durch porösen, keramische Diaphragmen gebildet sind. Die einzelnen Diaphragmen sind einerseits mit katalytischen Materialien imprägniert und weisen andererseits jeweils eine Vielzahl größerer Durchgangsöffnungen auf, die sich diffusorartig in Strömungsrichtung der Abgase erweitern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Druckluftanlagen im Hinblick auf die Schalldämpfung weiter zu verbessern, wobei eine sehr gute Dämpfung des Ablassgeräusches, aber auch eine Dämpfung des Ansauggeräusches möglich ist, und wobei das Ablassgeräusch stärker gedämpft werden soll als das Ansauggeräusch.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schalldämpfer sowohl als Lufteinlass- als auch als Luftauslass-Schalldämpfer dient, wobei der Schalldämpfer mehrere in Reihe angeordnete Kammern aufweist, und jede der Kammern über Kanäle mit den angrenzenden Kammern verbunden ist, und wobei sich der Querschnitt der Kanäle jeweils in Ausströmrichtung erweitert und in Einströmrichtung verengt und zwischen dem mit der Umgebung verbundenen Anschlussstutzen und den Kammern ein poröser Körper angeordnet ist. Es können 3-7, vorzugsweise 4-5 Kammern vorgesehen sein. Dabei sind die Kammern vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, und ihre Mittelachsen fallen mit der Längsachse des Schalldämpfers zusammen. Eine derartige Ausbildung der Kammern ist vorteilhaft für eine serienmäßige, industrielle Produktion der Schalldämpfer.

Über einen derartigen Schalldämpfer wird die Luft somit nicht nur zum Ablassen aus der Druckluftanlage, sondern auch in umgekehrter Richtung zum Ansaugen in die Druckluftanlage geführt. Im ersten Falle bewirkt die Vorrichtung bei einer sehr kurzzeitigen, aber dafür sehr intensiven Luftdurchströmung eine Ausbildung von Wirbeln, durch die die Schallenergie zum großen Teil in Wärme umgewandelt wird, ohne dass jedoch der Strömungswiderstand zu hoch wird. Ein zu hoher Strömungswiderstand ist nicht nur aus energietechnischen Gründen zu vermeiden. Er würde auch die Funktionsfähigkeit von Komponenten der Druckluftanlage, z. B. des Lufttrockners, beeinträchtigen. Beim Ablassen von Luft aus der Druckluftanlage wirken die Kanäle zwischen den Kammern wie Diffusoren.

Beim umgekehrten Vorgang, dem Ansaugen, wird der Schalldämpfer in entgegengesetzter Richtung von Luft durchströmt, während das Geräusch des eine Zeitlang arbeitenden Kompressors (Geräusche von Motor, Kolben, Ventilen usw.) gegen die Luftströmung nach außen dringt. In diesem Falle funktioniert der Schalldämpfer wie ein Hohlraumresonator. Ein Hohlraumresonator wirkt besonders stark bei bestimmten, diskreten Frequenzen. Er ist daher für die Dämpfung des Ansauggeräusches, das, wie oben erwähnt, ein Linienspektrum aufweist, besonders geeignet.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Kanäle glockenförmig ausgebildet mit gekrümmten Wandungen, wobei die Krümmung der Wand im Bereich des größeren Durchmessers eines Kanals jeweils konvex zur Mittelachse des Kanals hin gewölbt und im Bereich des kleineren Durchmessers konkav ausgebildet ist. Die Kanäle können ferner ineinander verschachtelt angeordnet sein, wobei das schmale Ende eines Kanals in die große Öffnung des nächsten Kanals hineinragt. Dadurch wird die hindurchströmende, abgelassene Luft bei jedem Durchtritt in die nächste Kammer gut verwirbelt. Mit einem derartig ausgebildeten Schalldämpfer konnte eine besonders hohe Dämpfung erzielt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben die Kanäle gerade Wände, und es wird auf die ineinander verschachtelte Anordnung verzichtet. Bei dieser Ausführungsform ist zwar die Dämpfung im Vergleich zu der vorgehend beschriebenen Ausführungsform etwas geringer, es ist jedoch eine sehr einfache Herstellung des Schalldämpfers möglich durch Hintereinandersetzen von einfachen, gleichartigen Teilen sowie durch einfache Herstellbarkeit dieser Teile.

Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Schallabstrahlung wird durch die Kombination der Diffusorschalldämpfer mit einer weiteren, auf dem Prinzip der Absorption beruhenden schalldämpfenden Komponente erreicht. Diese zusätzliche schalldämpfende Komponente ist ein poröser Körper, durch den die Luft hindurchströmt, wobei eine zusätzliche Dämpfung bewirkt wird. Der poröse Körper kann z. B. aus einem Sinterwerkstoff und/oder Schaumstoff bestehen. Durch den porösen Körper wird das Absorptionsspektrum des Hohlraumresonators breitbandiger gestaltet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Druckluftanlage in schematischer Darstellung Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer für die Druckluftanlage nach Fig. 1 und

Fig. 3 Detail einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform eines Schalldämpfers für die Druckluftanlage nach Fig. 1 im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt eine einfach aufgebaute Druckluftanlage. Zu der Druckluftanlage gehören ein Kompressor 1 mit einem Elektromotor 2 als Antrieb, sowie ein Schalldämpfer 3 und ein Lufttrockener 4. Die pneumatischen Funktionselemente am Fahrzeug, die durch die Anlage gesteuert werden sollen, sind Luftfedern 5, wobei am Fahrzeug mehrere Luftfedern 5 vorgesehen sein können; in der Zeichnung der Einfachheit halber jedoch nur durch eine Luftfeder 5 dargestellt. Den Luftfedern 5 ist jeweils ein Ventil 6 vorgeschaltet, über das die einzelnen Luftfedern 5 individuell angesteuert werden können. In der Anlage sind weitere Ventile 7 und 8 sowie ein Rückschlagventil 9 vorgesehen. Die Ventile 6, 7 und 8 werden elektromagnetisch betätigt. Sie können durch eine elektronische Steuereinheit 10 betätigt werden.

Das Ablassen oder Ansaugen von Luft kann z. B. zur Niveauregelung eines Fahrzeuges mit Luftfederung dienen. Um die Druckluftanlage mit Luft aufzufüllen, saugt der Kompressor 1 Luft aus der Umgebung über den Schalldämpfer 3 an und fördert sie über den Lufttrockner 4 und das Rückschlagventil 9 über die in Durchgangs­ stellung befindlichen Ventile 6 zu den Luftfedern 5. Das Rückschlagventil 9 sorgt dafür, dass die Luft ungehindert in die Anlage aufgenommen, jedoch nur gesteuert über das Ventil 8 wieder abgelassen werden kann. Dem Schalldämpfer 3 kann noch ein Luft­ filter, Sieb oder dgl. vorgeschaltet sein, das Verunreinigungen von der Anlage fern hält (nicht dargestellt). Zum Ablassen von Luft werden die Ventile 6, 7 und 8 geöffnet. Durch das Ventil 7 wird beim Ablassen der Verdichter 1 umgangen. Die Luft durchströmt dann den Lufttrockner 4 und den Schalldämpfer 3 in umgekehrter Richtung und gelangt ins Freie.

Im folgenden wird der Aufbau des Schalldämpfers 3 näher erläutert. Das Äußere des Schalldämpfers 3 wird durch ein teilbares Gehäuse gebildet, dessen jeweils röhrenförmige Hälften 11 und 12 durch einen Ring 13, z. B. durch Verschrauben, Verkleben oder Verschweißen, miteinander verbunden sind. Die geteilte Ausführung des Gehäuses 11, 12 ermöglicht einen einfachen Einbau von Einsätzen 14 und 15, durch die die Schalldämpfung bewirkt wird. Der Schalldämpfer 3 ist über einen Rohrstutzen 16 mit dem Kompressor 1 und über den Rohrstutzen 17 mit der Umgebung verbunden.

In dem Schalldämpfer 3 sind fünf Einsätze 14 angeordnet, durch die fünf Kammern 18 gebildet werden. Jeder dieser Einsätze 14 hat einen Kanal 19 mit einem engen Querschnitt 20, der dem zum Kompressor 1 und zu den Luftfedern 5 führenden Anschluss 16 zugewandt ist, und mit einem weiten Querschnitt 21, der dem in die Umgebung führenden Anschluss 17 zugewandt ist. Zwischen den Querschnitten 20 und 21 verläuft die Innenwand 22 des Kanals 19 gerade, d. h. entlang der Außenfläche eines Kegelstumpfes. Die Einsätze 14 sind rotationssymmetrisch ausgebildet und hintereinander fluchtend angeordnet, so dass ihre Mittelachsen mit der Längsachse des Schalldämpfers 3 zusammenfallen.

Das den Kanal 19 ausbildende Teil 25 eines jeden Einsatzes 14 ist über eine Zwischenwand 23 mit einer zylindrischen Halterung 24 verbunden, durch die der Einsatz 14 im Gehäuse 11, 12 gehalten ist. Die Zwischenwand 23 verläuft senkrecht zur Längsachse des Schalldämpfers 3 in der Nähe des engen Kanalquerschnittes 20. An der Zwischenwand 23 wird durch einen Vorsprung 26 am Teil 25 und der Halterung 24 eine flache Ausbuchtung 27 gebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zwischenwand 23 ist zwischen dem Teil 25 und Halterung 24 eine tiefe Ausbuchtug 28 ausgebildet. Die Ausbuchtungen 27 und 28 bestimmen die Form der Kammern 15, die durch die Kanäle 19 miteinander verbunden sind.

Die Einsätze 14 sind alle gleichartig ausgebildet. Sie können z. B. durch Spritzguss aus Kunststoff hergestellt werden, wobei die in Fig. 1 dargestellten Einsätze 14 besonders einfach herstellbar sind. Die Einsätze 14 sind auf der einen Seite mit umlaufenden Stegen 29 und auf der anderen Seite zu diesen Stegen 29 passenden Absätzen 30 versehen. Durch die Stege 29 und Absätze 30 soll erreicht werden, dass die Einsätze 14 stets in der richtigen Richtung eingebaut werden.

Zusätzlich zu den Einsätzen 14 ist der Schalldämpfer 3 mit einem weiteren schalldämpfenden Einsatz 15 versehen, der sich von den Einsätzen 14 unterscheidet. Der Einsatz 15 besteht aus zwei Sinterplatten 31, zwischen denen eine Schaumstoffplatte 32 angeordnet ist. Alle Platten 31 und 32 sind porös, d. h. sie bilden eine Vielzahl von feinen Öffnungen und Kanälen aus, durch die die Luft hindurchtreten kann. Auf der den Einsätzen 14 abgewandten Seite des Einsatzes 15 befindet sich ein erweiterter Raum 33, der einen guten Zutritt der Luft zum Einsatz 15 ermöglicht und mit dem Anschlussstutzen 17 verbunden ist.

Wenn aus dem Druckluftsystem Luft abgelassen wird, strömt diese in Richtung des Pfeils 34 über den Anschlussstutzen 16 durch die Kanäle 19, die als Diffusoren wirken, wobei sich an den Kanten 26 der Kanäle 19 Wirbel bilden, die sich in die Ausbuchtungen 27, 28 hinein erstrecken. Durch die Verwirbelung wird der Luftströmung Energie entzogen, die bei einem unmittelbaren Austreten ins Freie eine starke Schallentwicklung verursachen würde. Bevor die Luft ins Freie gelangen kann, muss sie sich noch durch die vielen feinen Kanäle des porösen Körpers 15 zwängen, wodurch eine zusätzliche Dämpfung erfolgt.

Das Ansaugen von Luft in die Druckluftanlage durch einen Kompressor kann über den selben Schalldämpfer erfolgen. Die Luft strömt dann im Sinne des Pfeils 35 in umgekehrter Richtung durch den Schalldämpfer 3. Vom Anschlussstutzen 17 aus gelangt die Luft dann über den Raum 33 und den porösen Körper 15 zu den von den Einsätzen 14 gebildeten Kammern 18, die in ihrer Gesamtheit wie ein Hohlraumresonanzabsorber wirken. Der poröse Körper 15 wirkt als Dämpfer, der das Absorptionsspektrum des Hohlraumresonators breitbandiger gestaltet.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es werden im folgenden nur die von Fig. 2 abweichenden Merkmale erläutert. Für prinzipiell gleiche Bauteile werden, soweit sie für die Erläuterungen von Bedeutung sind, dieselben Ziffern verwendet wie in Fig. 2.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kommen Diffusoren 36 mit gekrümmten Innenwänden 37 zum Einsatz. Die Innenwand 37 eines Kanals 36 ist im Bereich des größeren Diffusorquerschnittes 21' konvex zur Mittelachse des Diffusors 36 hin gewölbt. Zum kleineren Kanalquerschnitt 20' hin ist sie konkav ausgebildet. Der Kanal 36 erhält dadurch eine glockenartige Form, die die Aufweitung und die Einschnürung der diffusorartigen Gestalt noch stärker betont als bei der kegelförmigen Ausbildung gemäß Fig. 2. Zudem sind die Kanäle 36 ineinander verschachtelt angeordnet, indem das schlanke Ende eines den Kanal 36 bildenden Teils 38 (Querschnitt 20') in die weite Öffnung (Querschnitt 21') des benachbarten Kanals 36 hineinreicht und die Kanäle 36 sich somit, im Längsschnitt gesehen, überschneiden.

Mit einer derartigen Ausführungsform der Erfindung kann eine noch bessere Schalldämpfung erreicht werden als mit der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung, jedoch um den Preis, dass die Herstellung des Schalldämpfers aufwendiger ist.

Claims (12)

1. Schalldämpfer zur Geräuschdämpfung beim Luftaustausch zwischen der Luftversorgungsanlage eines Fahrzeuges, insb. für eine Luftfederungsanlage und der Umgebung, wobei der Schalldämpfer über einen ersten Anschluss mit pneumatischen Funktionselementen am Fahrzeug und über einen zweiten Anschluss mit der Umgebungsluft verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (3) sowohl als Lufteinlass- als auch als Luftauslass-Schalldämpfer (3) dient, wobei der Schalldämpfer (3) mehrere in Reihe angeordnete Kammern (18) aufweist, und jede der Kammern (18) über Kanäle (19) mit den angrenzenden Kammern (18) verbunden ist, und wobei sich der Querschnitt der Kanäle (19) jeweils in Ausströmrichtung erweitert und in Einströmrichtung verengt und zwischen dem mit der Umgebung verbundenen Anschlussstutzen (17) und den Kammern (18) ein poröser Körper angeordnet ist.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (18) rotationssymmetrisch ausgebildet und ihre Achsen zueinander fluchtend angeordnet sind.

3. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1-2, gekennzeichnet durch Kanäle (19) mit geraden Wänden (22) in der Form von Kegelstümpfen.

4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1-2, gekennzeichnet durch rotationssymmetrische Kanäle (36) mit gekrümmten Wänden (37), wobei jeweils zum engen Querschnitt (20') eines Kanals (36) hin eine, bezogen auf die Mittelachse, konkave Form und zum weiteren Querschnitt (21') eines Kanals (36) hin eine konvexe Form ausgebildet ist.

5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (36) im Längsschnitt gesehen ineinander greifend angeordnet sind in der Weise, dass das schmale Ende eines Kanals (36) innerhalb der großen Öffnung des benachbarten Kanals (36) angeordnet ist.

6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (18) des Schalldämpfers (3) durch gleichartige Teile gebildet sind.

7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (3) ein röhrenförmiges Gehäuse (11, 12) aufweist, und dass die Kammern (18) durch Einsätze (14) gebildet sind, die zylindrische Halterungen (24) aufweisen, wobei die Außendurchmesser der Halterungen (24) dem Innen­ durchmesser des Gehäuses (11, 12) entsprechen.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 12) des Schalldämpfers (3) in einer Querschnittsebene teilbar ist.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (14) auf einer Stirnseite mit einem oder mehreren Vorsprüngen (29) und auf der anderen Stirnseite mit zu den Vorsprüngen passenden Ausnehmungen oder Absätzen (30) versehen sind.

10. Schalldämpfer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er 3-7, vorzugsweise 4-5 Kammern (18) aufweist.

11. Schalldämpfer nach einem oder mehreren der vorhergeneden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper aus einer oder mehreren Platten aus Sinterwerkstoff (31) und/oder Schaumstoff (32) besteht.

12. Schalldämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper aus zwei Platten aus Sinterwerkstoff (31) besteht, zwischen denen eine Platte aus Schaumstoff (32) angeordnet ist.