[0001] Die Erfindung betrifft eine Schalldämpfungseinrichtung, insbesondere für ein Heizgerät,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Mit Gas oder Öl beheizte Heizgeräte erzeugen Geräusche, die als Geräuschquellen die
bei der Verbrennung auftretende Flamme, den im Heizgerät angeordneten Lüfter aber
auch die im Heizgerät vorhandenen Strömungen in Strömungskanälen eines Brennstoffzufuhrsystems
und/oder eines Abgassystems aufweisen. Besonders störend werden die Geräusche, wenn
in der Heizeinrichtung Resonanzschwingungen auftreten. Bekannt ist allgemein, mittels
eines Helmholtz-Resonators beziehungsweise einesλ/4-Rohres in akustischen Systemen
das Auftreten von Resonanzfrequenzen zu unterdrücken. Zur Verhinderung von Resonanzschwingungen
in Heizeinrichtungen ist es ebenfalls bekannt, Helmholtz-Resonatoren einzusetzen,
die in die von Gasen durchströmten Strömungskanäle, insbesondere in das Abgassystem
eingebaut sind. Da Helmholtz-Resonatoren nur bei spezifischen Frequenzen wirksam sind,
wird zur Erweiterung des wirksamen Frequenzbandes beispielsweise der Reibungsverlust
am Hals des Helmholtz-Resonators erhöht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die
Verwendung mehrerer Helmholtz-Resonatoren, die bei unterschiedlichen Frequenzen wirken,
einzusetzen. Durch die Kombination und Überlappung der Frequenzbereiche lässt sich
ein breitbandiger Helmholtz-Resonator realisieren. Solche Helmholtz-Resonatoren erfordern
jedoch große Volumina, die meist nur in großen Verbrennungsanlagen bzw. Heizeinrichtungen
installiert werden können.
[0003] Der im Strömungskanal installierter Helmholtz-Resonator ruft einen Impedanzsprung
an der Einbaustelle hervor, damit die Schallwellen bei den Resonanzfrequenzen stark
zurückreflektiert werden. Dadurch wird eine Reduktion der Schallamplitude von stehenden
Wellen im Strömungssystem erzielt. Wenn die Schallamplitude hoch ist und gleichzeitig
eine temperaturabhängige Frequenzverschiebung vorliegt, wie dies beispielsweise bei
Verbrennungsanlagen und Heizgeräten der Fall ist, ist der Dämpfungs- bzw. Unterdrückungseffekt
mit einem bekannten Helmholtz-Resonator sehr begrenzt.
[0004] Aus EP 723 123 B1 ist bereits ein Heizgerät mit einer der Abgasführung zugeordneten
Schalldämpfungseinrichtung bekannt, wobei die Schalldämpfungseinrichtung ein flexibles
Wandteil aufweist, das als mechanischer Resonator eine sehr geringe Impedanz für den
erforderlichen Frequenzbereich hat. Der Resonator ist dabei an einem Druckmaximum
der Resonanz und damit möglichst nahe am Verbrennungsort positioniert.
[0005] Aus DE 35 17 859 C2 ist ein weiteres Heizgerät mit einer Schalldämpfungseinrichtung
für einen abgasseitigen Bereich bekannt, bei dem ebenfalls in der Abgasführung ein
Resonator angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen eine Wand des Resonators zusätzlich
mit einem schallabsorbierenden Material zu versehen.
[0006] Darüber hinaus ist aus WO 01/71169 auf dem Gebiet der Schalldämpfung von Kraftfahrzeugabgasen
ein Schalldämpfer bekannt, der einen Helmholtz-Resonator verwenden, bei dem in einem
Resonatorraum ein poröser Körper angeordnet ist.
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen akustischen Resonator
mit erhöhter Schalldämpfung zu schaffen, der für einen breiten Frequenzbereich wirkt
und zugleich die Realisierung eines kompakten Bauvolumens ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
[0008] Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Schalldämpfungseinrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Schalldämpfungseinrichtung
hat dabei den Vorteil, dass der als Helmholtz-Resonator ausgeführte Resonator eine
kompakte Ausführung aufweist und in seiner Wirkung ein breites Frequenzspektrum abdeckt.
Durch den mit dem porösen Material vollständig gefüllten Resonatorraum des Resonators
ist eine niedrige Resonanzfrequenz bei kleinem Bauvolumen erreichbar. Die akustische
Dämpfung des porösen Materials führt zu einer breitbandigen Wirkung des Resonators.
Diese Wirkung ist besonders vorteilhaft bei der Unterdrückung von Dröhngeräuschen
in einem Heizgerät. Das poröse Material im Resonatorraum des Resonators bewirkt eine
direkte Einwirkung auf das Schwingungssystem des Resonators. Die Nachgiebigkeit des
Resonanzvolumens wird dabei durch die Porosität des porösen Materials beeinflusst.
[0009] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfmdung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche
möglich. Besonders zweckmäßig ist es, das poröse Material innerhalb des Resonatorraums
zu komprimieren bzw. zu verdichten, so dass eine größere Porendichte vorliegt. Dadurch
wird eine niedrigere Resonanzfrequenz bei einem kleinen Bauvolumen erreicht. Eine
besonders effiziente Wirkung der erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung wird
erzielt, wenn der Resonator an Stellen in den Strömungskanal eingebaut ist, an denen
die Schallwellen bei den Resonanzfrequenzen zurückreflektiert werden. Das sind insbesondere
die Stellen, an denen eine Strömungsumlenkung erfolgt.
Zeichnung
[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
[0011] Es zeigen:
- Figur 1
- eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung in einem Strömungskanal
für ein Brennstoff-Luft-Gemisch eines Heizgerätes,
- Figur 2
- eine perspektivische Seitenansicht eines Resonators einer erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung,
- Figur 3
- eine Draufsicht auf den Resonator in Figur 2,
- Figur 4
- eine Schnittdarstellung durch den Resonator nach der Linie IV-IV in Figur 3 und
- Figur 5
- eine Ansicht A des Resonators in Figur 4.
Ausführungsbeispiel
[0012] Figur 1 zeigt einen Strömungskanal 10 für ein Brennstoff-/Luftgemisch eines nicht
näher dargestellten Heizgerätes. Dem Strömungskanal 10 ist ein Gebläse 12 vorgeschaltet,
das einem nicht dargestellten Brenner das Brennstoff-/Luftgemisch über den Strömungskanal
10 unter Gebläsedruck zuführt, wobei die Strömungsrichtung mit einem Pfeil dargestellt
ist. Das Gebläse 12 ist mit einer Saugabschnitt 13 an eine Mischkammer 11angeschlossen,
in die nicht dargestellt eine Luftansaugrohr für die Verbrennungsluft und eine Brennstoffzufiihrung
für den Brennstoff mündet. Der Strömungskanal 10, der einen geraden Strömungsführungsabschnitt
15 und eine Strömungsumlenkung 16 umfasst, ist an einen vom Gebläse 12 wegführenden
Druckabschnitt 14 angeflanscht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Strömungsumlenkung
16 eine 90°-Umlenkung für das Brennstoff-/Luftgemisch.
[0013] Im Strömungskanal 10 ist in Strömungsrichtung des Brennstoff-/Luftgemischs hinter
dem Gebläse 12 und im äußeren Winkel beim Übergang vom geraden Strömungsführungsabschnitt
15 zur Strömungsumlenkung 16 innerhalb des Strömungskanals 10 ein Resonator 20 als
Schalldämpfungseinrichtung angeordnet. Der als Helmholtz-Resonator ausgeführte Resonator
20 weist eine in den Strömungskanal 10 weisende Seitenwand 21 auf, in die beispielsweise
mehrere Öffnungen 22 eingebracht sind. Die Seitenwand 21 ist in Strömungsrichtung
des Brennstoff-/Luftgemischs schräg verlaufend ausgeführt, so dass die Öffnungen 22
vom Brennstoff-/Luftgemisch in einem Winkel angeströmt werden. Die weiterhin in den
Strömungskanal 10 weisende Seite des Resonators 20 ist mit einer Vorderwand 28 verschlossen.
[0014] Hinter der Seitenwand 21 ist ein Hohlraum ausgebildet, der einen Resonatorraum 24
des Resonators 20 bildet. Der Resonatorraum 24 ist vollständig mit einer porösen Masse
bzw. einem porösen Material 30 ausgefüllt. Als poröses Material 30 kann beispielsweise
ein akustischer Schaum oder Steinwolle verwendet werden. Der akustische Schaum oder
die Steinwolle kann komprimiert sein, so dass eine größere Porendichte vorliegt, um
dadurch eine niedrigere Resonanzfrequenz bei einem kleinen Bauvolumen zu erreichen.
Das im Resonatorraum 10 untergebrachte poröse Material 30 führt zu einer akustischen
Dämpfung mit einer breitbandigen Wirkung.
[0015] Es ist auch ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schalldämpfungseinrichtung
denkbar, bei dem der Resonator 20 in dem Strömungskanal für das Abgas des Brenners
des Heizgerätes angeordnet ist. Darüber hinaus ist es denkbar, mindestens einen Resonator
als Schalldämpfungseinrichtung sowohl im Strömungskanal des Brennstoff-/Luftgemischs
als auch im Strömungskanal des Abgases des Heizgerätes anzuordnen.
[0016] Eine Ausführungsbeispiel für einen Resonator 20, der beispielsweise in den Strömungskanal
10 des Brennstoff-/Luftgemischs eines Heizgerätes gemäß Figur 1 eingesetzt wird, geht
aus den Figuren 2 bis 5 hervor. Die Resonator 20 weist eine Ummantelung mit einer
im Wesentlichen ebenen Seitenwand 26, einer im Wesentlichen kreisbogenförmigen Rückwand
27 und der Vorderwand 28 auf. Die Seitenwand 26 bildet die in Figur 1 beschriebene
Seitenwand 21. Die Rückwand 27 ist an den rohrförmigen geraden Strömungsführungsabschnitt
15 des Strömungskanals 10 angepasst. In die Seitenwand 26 sind mehrere Öffnungen 22,
wie bereits in Figur 1 dargestellt, eingebracht. Wie aus Figur 4 hervorgeht, verläuft
die Seitenwand 26 entsprechend der Seitenwand 21 in Figur 1 zur Senkrechten bzw. zur
Strömungsrichtung des Brennstoff-/Luftgemischs in Strömungsrichtung ansteigend schräg
mit einem Winkelα, so dass die Öffnungen 22 im Winkelavon der Strömung des Brennstoff-/Luftgemischs
angeströmt werden.
[0017] Zum Positionieren des Resonators 20 in der Rohrleitung des Strömungskanals 10 ist
ein Ringansatz 29 ausgebildet, der an den Innendurchmesser des Rohres des geraden
Strömungsführungsabschnitts 15 des Strömungskanals 10 angepasst ist, so dass der Resonator
20 innerhalb des Strömungskanals 10 einfacher positionierbar ist. Zur Anströmseite
hin bzw. gebläseseitig weist die Ummantelung die Vorderwand 28 auf. An der der Vorderwand
28 gegenüberliegenden Seite ist die Ummantelung beispielsweise offen, so dass hier
das poröse Material 30 von der angrenzenden Wand der Strömungsumlenkung 16 bedeckt
ist. Die Ummantelung umschließt den Resonatorraum 24, der vollständig mit dem porösen
Material 30 ausgefüllt ist. Das poröse Material 30 ist der Strömung des Brennstoff-/Luftgemischs
somit lediglich über die Öffnungen 22 ausgesetzt.
1. Schalldämpfungseinrichtung für einen Strömungskanal (10), insbesondere in einem Heizgerät,
mit einem Resonator (10), der einen Resonatorraum (24) mit mindestens einer Öffnung
(22) aufweist, wobei der Resonatorraum (24) über die Öffnung (22) mit dem Strömungskanal
(10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum (24) vollständig mit einem porösen Material (30) gefüllt ist.
2. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (30) innerhalb des Resonatorraums (24) verdichtet ist.
3. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum (24) vom mindestens einer der Strömung im Strömungskanal (10) ausgesetzten
Seitenwand (21) begrenzt ist und dass in der Seitenwand (21) die Öffnung (22) eingebracht
ist.
4. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (21) in einem Winkelaschräg zur Strömungsrichtung der Strömung im
Strömungskanal (10) verläuft, derart, dass eine Anströmung der Öffnung (22) im Winkelα
erfolgt.
5. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort für den Resonator (20) an der Stelle des Strömungskanals (10) liegt,
der zumindest in der Nähe ein Schallamplitudenmaximum aufweist.
6. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort des Resonators (20) an der Stelle des Strömungskanals (10) liegt, an
der die Schallwellen bei der Resonanzfrequenze des Resonators (20) zurückreflektiert
werden.
7. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort des Resonators (20) an der Stelle des Strömungskanals (12) liegt, an
der die Strömung im Strömungskanals (10) eine Strömungsumlenkung erfährt.
8. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort des Resonators (20) innerhalb des Strömungskanals (10) im äußeren Winkel
beim Übergang von einem geraden Strömungsführungsabschnitt (15) zu einer Strömungsumlenkung
(16) liegt.
9. Schalldämpfungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (20) im Strömungskanal (10) eines Brennstoff- und/oder Luftsystem eines
Heizgerätes angeordnet ist,
10. Schalldämpfungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (20) im Strömungskanal (10) eines Abgassystems eines Heizgerätes angeordnet
ist,