Druckschalldämpfer

(Bild: AERZEN)

Mikroreibung schädigt die Dämmung

Vor dem Hintergrund, dass hohe Frequenzen starke Schwingungskräfte mit sich bringen, erzeugen die Wellen folglich auch Schwingungen im Dämmmaterial herkömmlicher Schalldämpfer. Der Effekt nennt sich Mikroreibung – und die macht selbst vor Dämmmaterial aus Edelstahl keinen Halt. Wenn dann zu den schnell pulsierenden Druckschwankungen auch noch hohe Temperaturen am Gebläseausgang hinzukommen, ermüdet das Filtermaterial und beginnt sich langsam aufzulösen. Der Alterungsprozess hat dann zwei Effekte: zum einen verliert der Schalldämpfer über die Betriebszeit an Wirkung. Das zieht folglich regelmäßige Wartungen nach sich, wenn es Unternehmen bei der Bekämpfung von Lärmemissionen ernst meinen. Zum anderen kontaminiert das sich auflösende Filtermaterial kontinuierlich die Gebläseluft, was sich vor allem in der Lebensmittelindustrie mit Blick auf Food Safety negativ auswirkt.

Weil Verunreinigungen gerade in hygienisch anspruchsvollen Anwendungen ein absolutes „no go“ sind, kommen nachgelagerte Filter im Rohrsystem zum Einsatz. Diese Komponenten verschlechtern jedoch den Wirkungsgrad des Systems, weil sie den Kanalgegendruck erhöhen – um so mehr, je verstopfter sie sind. Ebenfalls zu Lasten der Energieeffizienz geht die zwischen Gebläse und Schalldämpfer häufig eingebaute Pulsationskammer. Sie hat die Aufgabe, die Schallwellen so weit vorzuglätten, dass sie nicht mit voller Wucht auf das Filtermaterial im Schalldämpfer treffen. Angesichts dieser Summe an Nachteilen, hat AERZEN sich entschieden, einen anderen Weg zu gehen, um die Schallemissionen auf der Druckseite auf ein niedriges Niveau zu bringen.

 

Schallwellen heben sich auf

Der Reflexionsschalldämpfer lässt sich vom Wirkprinzip mit der Lösung aus Mikrophon und Lautsprecher vergleichen. Schallwellen werden gemessen und dann ein abgestimmter Gegenschall erzeugt, der den Ursprungsschall eliminiert. So ein Verfahren kommt aktuell in hochpreisigen Kopfhörern mit „Acoustic Noise Cancelling Technologie“ zum Einsatz. Bei den Reflexionsschalldämpfern übernimmt dieses zeitversetzte Überlagern der Schallwellen im Inneren ein spezielles Rohrsystem. „Wir müssen die Schallführung mit variierenden Rohrlängen und -durchmessern sehr exakt auf die Quelle auslegen, damit wir eine möglichst breitbandige Dämpfung erzielen“, erklärt Fabian Pasimeni, Produktmanager für Gebläse und Delta Hybrid bei AERZEN.

Die Niedersachsen sind mit dieser Lösung einzigartig im Markt und setzen sie künftig auch für direktangetriebene Schraubenverdichter ein. Im Vergleich zu Maschinen mit Riemenantrieb sind sie für höhere Leistungen ausgelegt, drehen dabei langsamer und erzeugen so ein tieferes Frequenzband. „Die Vorteile der Schalldämpfer ohne Absorptionsmaterial sind – nachhaltig betrachtet – so groß, dass wir für diese Gerätereihe ebenfalls in die Entwicklung passender Reaktivschalldämpfer eingestiegen sind“, berichtet Delta Screw-Produktmanager Horst-Ulrik Schwarz. Vorteilhaft hier: AERZEN pflegt ein eigenes Kompetenzzentrum für Schalldämpfer inklusive Fertigung. Mit Blick auf den weltweiten Einsatz, sind die perfekt abgestimmten Module gemäß den Reglungen internationaler Druckluftverordnungen zertifiziert. Innerhalb der EU greift dabei die Richtlinie 2014/68/EU – in Deutschland bezeichnet als Druckgeräterichtlinie (DGRL) beziehungsweise Pressure Equipment Directive (PED). Vergleichbare globale Reglungen definiert zudem die Fachgesellschaft Druckbehälter der American Society of Mechanical Engineers (ASME).

Schallpegel
(Bild: AERZEN)

Reaktivschalldämpfer sind dauerhaft verlässlich

Welchen Stellenwert die eigene Schalldämpferentwicklung und -herstellung im eigenen Haus hat, wird neben der internationalen Zulassung vor allem bei der Förderung von Prozessgasen deutlich. Im Gegensatz zum Seriengeschäft mit standardisierten Druckschalldämpfern, sind in dieser Branche die Aggregate immer speziell für das jeweilige Einsatzgebiet und vor allem das zu fördernde Gas entwickelt. Weil bei allem Anspruch an die 100prozentige Prozesssicherheit ebenfalls der geforderte Schalldruckpegel einzuhalten ist, sind entsprechend angepasste Reaktivschalldämpfer individuell zu entwickeln.

Prozessgas geht in einer Vielzahl von Anwendung einher mit dem Ex-Schutz. Hierbei kann es einerseits der Fall sein, dass das direkte Transportmedium aufgrund seiner chemischen Eigenschaften eine ATEX-Klassifizierung nach sich zieht. Andererseits spielt der Ex-Schutz auch bei Produkten eine Rolle, die erst durch feinstaubigen Transport einen zündfähigen Zustand erreichen – bestes Beispiel Getreidemehl. Vor dem Hintergrund, dass Mehl häufig mit Blasanlagen transportiert wird, gelten zwar für die Aggregate selbst keine besonderen ATEX-Auflagen, weil sie außerhalb der EX-Schutz-Zonen installiert sind. Diese Zonenfreiheit schließt eine Ex-Gefährdung aber nur dann aus, wenn sicher zu verhindern ist, dass zum Beispiel Funken als Folge eines technischen Schadens durch die Druckleitung bis in die ATEX-Zone – also dem Produkt – gelangen können.

Ex-Schutz: Reaktivschalldämpfer als Funkenfänger

Der reaktive Schalldämpfer wirkt in so einem Fall als sicherer Funkenfänger. So wie die Schlitzrohrkonstruktion im Inneren durch ständige Reflexion der Schallwellen dafür sorgt, dass sich diese quasi totlaufen, so werden auch glühend heiße Metallfunken so lange auf die Reise geschickt, dass sie im Reaktivschalldämpfer kalt zu Boden sinken und folglich nicht weiter in die Leitung vordringen können.

Ex-Schutz auf der einen Seite, die Verfügbarkeit der Gebläsetechnik mit langen Wartungsintervallen auf der anderen Seite: Während Verunreinigungen der Gebläseluft durch Filterpartikel in der Lebensmittelindustrie durchaus als ernstzunehmendes Problem erkennbar sind, mag dieser Effekt in der Abwassertechnik auf den ersten Blick als vernachlässigbar zu bewerten sein. Dem ist aber längst nicht so. Die Schwierigkeiten finden ihre Ursache nicht darin, dass Partikel ins Abwasser gelangen können. Viel gravierender sind die Verunreinigungen, weil sie die feinen Poren der Belüftungselemente verstopfen. Mit dem Ziel, die Luft möglichst feinperlig in die Belebungsbecken zu pumpen, haben die Poren den Durchmesser von Nadelspitzen. Deshalb muss auch hier die Luft neben der geforderten Ölfreiheit frei von Partikeln sein.

Verstopfen die Belüftungselemente durch das sich sukzessive auflösende Dämmmaterial, müssen die Gebläse dagegen arbeiten. Der Kanalinnendruck steigt und die Energieeffizienz fällt. Dieser Effekt verläuft schleichend und sorgt dabei für eine kontinuierlich höhere Stromrechnung. Hierzu ein realistisches Rechenmodell mit einem angenommenen Druckanstieg von ebenfalls realistischen 20 Millibar über einen Betriebszeitraum von zehn Jahren:

Betriebsdruck p1= 800 mbar
Durchschnittlicher Druckanstieg Belüftungssystem durch Verstopfung mit Absorptionsmaterial über 10 Jahre Δp= 20 mbar
Mehrleistung durch Druckanstieg Δp= 20 mbar, P= 6,6 kW
Erforderlicher Volumenstrom V1= 9000 Nm³/h
Strompreis= 0,2 €/KWh
Laufzeit Maschinen/Jahr = 5000 h
Zeitperiode T= 10 Jahre
Zusätzliche Energiemehrkosten: 6,6 kW x 0,2 €/kWh x 5000 h x 10 = 66.000,- €

Fazit

Moderne Gebläse und Verdichter sind heute mehr und mehr darauf ausgelegt, dass sie ihre Förderleistung mit maximaler Energieeffizienz erreichen. Entscheidend für den Wirkungsgrad ist aber nicht die eigentliche Verdichterstufe selbst, sondern das komplette System. Hierzu zählen Schalldämpfer genauso, wie mögliche Filterelemente. Weil mit Absorptionsmaterial ausgekleidete Druckschalldämpfer einem natürlichen Verschleiß unterliegen, sind die damit verbundenen Wartungskosten sowie die Energiebilanz samt Lebensdauer der angeschlossenen Luftverteilungssysteme bei einer Lebenszykluskostenanalyse zu berücksichtigen.

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