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Die Erfindung bezieht sich auf volumenändernde Resonatoren, bestehend aus einem Volumen mit Unterdruck, welches durch Wandungselemente nach dem Tellerfederprinzip gebildet wird, die bei Unterdruckbelastung eine kleine Federkonstante aufweisen gemäss Patent Nr. 354693. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, folgende Wirkungsmerkmale zu optimieren : Material-und Herstellungsersparnis ; Verringerung der mitschwingenden Massen, Vergrösserung der mitschwingenden Flächen ; Beeinflussung der Dämpfung, Kompensation von Luftdruckschwankungen, Integration von Lärmjalousien und Ausbildung von schallabsorbierenden Wänden. Gelöst ist diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen enthaltenen Massnahmen.
An Hand von verschiedenen Ausbildungsbeispielen sind die verwendeten Konstruktionsmerkmale näher spezifiziert. Es zeigen Fig. 1 ein Resonatorelement mit gekröpfter Randausbildung, Fig. 2 ein Resonatorelement mit mittiger Materialverjüngung, Fig. 3 ein Resonatorelement mit Mittenversteifung, Fig. 4 ein Resonatorelement mit Speichenversteifung, Fig. 5 Resonatorelemente mit Sechseck-Grundriss ; Fig. 6 ein Resonatorelement mit Gasdämpfung, Fig. 7 ein Resonatorelement mit Tropfendämpfung ; Fig. 8 ein Resonatorelement mit Wirbelstrom dämpfung ; Fig. 9 ein Resonatorelement mit Einspanndämpfung, Fig. 10 ein Resonatorelement mit Druckkompensation, Fig. 11 ein weiteres Resonatorelement mit Druckkompensation, Fig. 12 eine Lärmjalousie und Fig. 13 bis 15 Diverse absorbierende Wände.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bezieht sich auf eine einfachere Herstellung sowie auf eine bessere Materialausnutzung. Es besteht aus zwei gewölbten Wandungselementen --1--, die an den Abstütztstellen --3-- miteinander vakuumdicht verbunden sind. Das sich bildende Innenvolumen ist
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--2--.Wandungselemente-l-selbst sind vorteilhaft rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Verlauf der Wölbung ist weitgehend beliebig. Neben der Kegelstumpfform der ursprünglichen Tellerfeder sind auch Kugelflächen und Flächen höherer Ordnung möglich. Als Fläche n-ter Ordnung soll hier ein Wölbungsverlauf entsprechend einer Potenzfunktion n-ter Ordnung verstanden werden. Bei Flächen höherer Ordnung schwingen die Randpartien intensiver mit, so dass sich ein besserer Ausnutzungsgrad ergibt.
Bei Verwendung von Stahl als Material der Wandungselemente --1-- beträgt die Wölbungshöhe h das 0, 5 bis 5fache (vorzugsweise 1, 5) und der Durchmesser d das 30- bis 300fache der Wandstärke s. Materialien mit geringerem Elastizitätsmodul ergeben aus dem Wurzelverhältnis geringere Durchmesser der Wandungselemente --1--. Vorteilhaft sind gasdichte Materialien geringer Dichte, hohem Elastizitätsmodul hoher Fliessgrenze und hoher Schwingbelastung, z. B. Leichtmetalle wie Beryllium, Aluminium, Magnesium sowie Glas und Faserstoffe.
Die Ausführungsformen der Fig. 2 bis 5 beziehen sich auf eine Verringerung der mitschwingenden Masse und eine Erhöhung der mitschwingenden Fläche. Kleinere mitschwingende Massen erhöhen die Admittanz. Grössere mitschwingende Flächen vergrössern den Volumenhub. Hiezu ist gemäss Fig. 2 die Dicke
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handelt es sich um senkrecht auf dem Wandungselement --21-- stehende und mit diesem verbundene Streben mit hohem Flächenträgheitsmoment. Diese bewirken, dass sich der Innenteil des Wandungselementes --21-- in Form einer Kolbenbewegung verhält, was einen vergrösserten Volumenhub ergibt. In Fig. 4 in einer Draufsicht auf ein Wandungselement --31-- mit Kröpfungsbereich --32-- und Abstützbereich --33-- sind Speichenstreben--35--vorgesehen. Das dazwischenliegende Material weist verringerte Wandstärke zur Herabsetzung der mitschwingenden Masse auf.
In Fig. 5 sind die Grundflächen der Wandungselemente - sechseckig ausgebildet. Durch Verringerung der Auflagefläche --43-- ergibt sich eine Erhöhung der mitschwingenden Fläche. Neben sechseckigen sind auch viereckige, dreieckige, streifenförmige und auch asymmetrische Grundrisse möglich.
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 bis 9 sind Möglichkeiten zur Einstellung einer inneren Dämpfung dargestellt. Damit gelingt es, den auftretenden Schall zu absorbieren. Bei Anpassung an den Wellenwiderstand des umgebenden Mediums sind damit reflexionsfreie Wände zu realisieren. In Fig. 6 ist der von den Wandungselementen --51-- gebildete Innenraum nicht voll evakuiert. Im weiteren sind Strömungshindernisse z. B. ein Drahtgeflecht --56-- angebracht. Da die Mittelpartien der Wandungs-
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--51-- grössere- gedämpft. Bekanntlich ist die Viskosität eines Gases weitgehend druckunabhängig, so dass auch bei geringen Innendrücken eine ausreichende Dämpfung gewährleistet ist. Bei Gasen mit kleinem Molekühldurchmesser ist der Viskositätskoeffizient höher.
In Fig. 7 ist im Innern der Wandungselemente --61-- ein Flüssigkeitstropfen --66-- eingebracht. Infolge der Schwingbewegung wird dieser ständig verformt und ergibt so ebenfalls eine Dämpfung. In Fig. 8 ist eine magnetische Wirbelstromdämpfung angewandt. Dazu sind in der Bodenfläche --74-- kleinskalare Magnete --76-- eingeprägt. Besteht das schwingende Wandungselement --71-- aus elektrisch leitendem Material, so werden dort Ströme induziert. In Fig. 9 sind an dem Auflagestellen-83-dämpfende Materialien-86-z. B. Klebstoffe, Kunststoffe angebracht. Bei Schwingungen des Wandungselementes --81-- kommt es zu einer Relativbewegung zwischen den Wänden - 84 und 81--, die gedämpft wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Dämpfung besteht in der Materialwahl der Wandungselemente ; z. B. ergeben glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe eine höhere Materialdämpfung.
In den Fig. 10 und 11 sind Konstruktionsmerkmale zur Kompensation von wetter-bzw. höhenbedingten Druckunterschieden dargestellt. Durch die Änderung des äusseren Druckes verändert sich auch der Arbeitspunkt des mitschwingenden Resonators. Wegen der nichtlinearen Federcharakteristik der Wandungselemente ergibt sich eine andere Federkonstante und damit eine andere Resonanzfrequenz. Bei Breitbandlärm mit Verwendung mehrerer, auf verschiedene Eigenfrequenzen abgestuften Resonanzfrequenzen ist eine Druckänderung im allgemeinen unerheblich, da sich alle Frequenzen kollektiv verschieben und so die Breitbandwirkung erhalten bleibt. Bei schmalbandigen Lärmereignissen, bei grossen Druckunterschieden und bei Wandungselementen mit geringem Flächengewicht sind jedoch Druckkompensatoren zweckmässig.
In Fig. 10 wird ein Resonator durch zwei Wandungselemente --91-- gebildet. Zwischen den Auflagestellen --93-- befindet sich eine Zwischenfeder --97--. Diese ist in einem flüssigkeitsgefüllten Ringschlauch --98-- untergebracht. Die Zwischenfeder --97-- teilt gleichzeitig die Flüssigkeitsmenge in zwei getrennte Ringe und enthält kleine Durchgangsbohrungen --99--. Bei einer (langsamen) Erhöhung des Aussendruckes wird die Zwischenfeder --97-- zusammengedrückt. Dadurch wird der Ringschlauch - verbreitet und ergibt so einen kleineren wirksamen Durchmesser der Wandungselemente --91--. Der Arbeitspunkt und damit die Resonanzfrequenz verbleiben dadurch an derselben Stelle. Die schnellen Schalldruckänderungen dagegen vermögen wegen der kleinen Zeitkonstanten der Flüssigkeitsausgleichsströmung den Arbeitspunkt nicht zu verändern.
In Fig. 11 ist eine weitere Möglichkeit zur Druckkompensation dargestellt. Dabei wird das Wandungselement --101-- durch eine im Verhältnis schwerere Ringfeder --107-- gehalten. Der von Tellerfeder- element --101-- und Deckfläche --104-- gebildete Innenraum ist dabei nicht vollständig evakuiert. Auch zur Kompensation der Federung des eingeschlossenen Gasvolumens ist das Wandungselement --101-- auf negative Federkonstante eingestellt. Bei einer Erhöhung des Umgebungsdruckes wird durch das Nachgeben einer auch hier vorhandenen, jedoch nicht gezeigten Ringfeder --97-- das Innenvolumen verkleinert und dadurch die Federkonstante des eingeschlossenen Gases erhöht. Weiter abnehmende negative Federung der Tellerfederelemente --101-- und zunehmende Gasfederung kompensieren sich gegenseitig, so dass die Resonanzfrequenz konstant bleibt.
Dasselbe Prinzip lässt sich auch ohne zusätzliche Ringfeder --107-- alleine mit der statischen Durchfederung der Wandungselemente --101-erreichen.
Eine weitere Kompensationsmöglichkeit besteht darin, dass die Innenvolumina der Resonatorelemente untereinander durch Gaskanäle verbunden sind. Entsprechend der Änderung des Aussendruckes wird dadurch der Unterdruck eingestellt. Zum Beispiel geschieht dies mittels eines Dampf/Flüssigkeitssystems :
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der am geschlossenen Resonatorelement. Eine automatische Druckkompensation kann durch eine Druckkammer, die an das Kanalsystem angeschlossen ist, erreicht werden. Die Druckkammer ist dabei analog einem Tellerfederelement aufgebaut. Bei einer äusseren Luftdruckänderung ändert sich über die statische Druckbewegung das Innenvolumen und dadurch der Druck. Dieser Druck wird über das Kanalsystem weitergeleitet und damit die Resonatorelemente nachjustiert.
Dabei ist es zweckmässig, jeweils
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für abgeschlossene Teilbereiche der Resonatorelemente eine eigene Druckkammer vorzusehen, so dass bei einem Leck der Schaden auf diesen Teilbereich beschränkt bleibt.
Eine weitere Möglichkeit zur Druckkompensation besteht darin, die in Streifen oder Flächen integrierten Resonatorelemente insgesamt zu verwinden, verwölben oder zu verdrillen. Eine solche Massnahme ändert über die Vorspannung die Eigenfrequenz der Resonatorelemente. Die Verformung der Streifen oder Flächen kann dabei automatisch von der Luftdruckänderung selbst bewerkstelligt werden.
Dazu wird z. B. eine Barometerfeder vorgesehen, die sich abhängig vom äusseren Druck verformt. Das analoge Prinzip kann auch zur Kompensation von Temperatureinflüssen angewendet werden. Hiebei dient ein Bimetallelement an Stelle der Barometerfeder als Verstellglied.
In den Fig. 12 bis 15 schliesslich sind Ausführungsbeispiele von zu Wandflächen integrierten Resonatorelementen zusammengestellt. Fig. 12 stellt eine Jalousieanordnung zur Abdämmung des Schalls bei freiem Luftdrucktritt dar. Solche Anwendungssituationen bestehen bei Fenstern, Lüftungsschächten, Ansaug- und Ablassöffnungen. Dabei werden in Blechstreifen Wölbungen in der Art von Tellerfederelementen wie zu Fig. l detaillierter beschrieben eingeprägt. Je zwei Blechstreifen werden unter Vakuum bzw. Unterdruck gasdicht zusammengefügt. Die Streifenoberfläche ist dabei parallel zur Strömungsrichtung orientiert. Die Ausführungen nach den Fig. 13 bis 15 beziehen sich auf schallabsorbierende Wände, insbesondere mit zusätzlicher Vergrösserung der Oberfläche.
In Fig. 13 sind die Wandungselemente --121-- auf eine profilierte Wandfläche --123-- aufgebracht. Die Tellerfederelemente sind entsprechend den Fig. 6 bis 9 bedämpft. In Fig. 14 sind beidseitig mit eingeprägten Wandungselementen --131-- versehene Blechplatten zusammengefügt. Dabei sind in den Auflageflächen Luftöffnungen --139-- vorgesehen, so dass auch die rückwärtigen Tellerfederelemente beaufschlagt und wirksam werden. In Fig. 15 schliesslich sind die Tellerfederelemente --141-- schuppenartig an die Wand angebracht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Volumenändernde Resonatoren, bestehend aus einem Volumen mit Unterdruck, welches durch Wandungselemente nach dem Tellerfederprinzip gebildet wird, die bei Unterdruckbelastung eine kleine Federkonstante aufweisen gemäss Patent Nr. 354693, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungselemente (l ; 11 ; 21 ; 31 ; 41 ; 51 ; 61 ; 71 ; 81 ; 91 ; 101 ; 111 ; 121 ; 131 ; 141) am Rand eine Kröpfung (2 ; 12 ; 22 ; 32 ; 52 ; 62 ; 72) aufweisen, dass sie kegelförmig, kugelförmig oder gemäss einer Fläche höherer Ordnung gewölbt sind und eine Wölbungshöhe (h) von 0, 5 bis 5facher Dicke (s) der Wandungselemente sowie einen Durchmesser (d) von 30 bis 300facher Dicke der Wandungselemente aufweisen.
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