DE10122617C1 - Schalldämpferkulisse für Anlagen der Lüftungstechnik - Google Patents

Abstract

Bei einer Schalldämpferkulisse für Anlagen der Lüftungstechnik mit einer Füllung aus einem schallabsorbierenden Material und einer vollflächigen, gas- und flüssigkeitsdichten Abdeckung des Absorptionsmaterials ist eine stabiliserte Metallfolie (2) oder sehr dünne stabiliserte Metallplatte (2) ohne mechanische Vorspannung an der Gasseite des Absorptionsmaterials (3) in größeren Abständen punkt- oder linienförmig geeignet befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalldämpferkulisse für Anlagen der Lüftungstechnik mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Schalldämpferkulissen in Lüftungsanlagen besitzen die Aufga­ be, den von einem Ventilator oder einer anderen Lärmquelle ausgehenden Schall im Luftleitungssystem zu dämpfen, ohne die Fortleitung des strömenden Mediums wesentlich zu behindern. Hierzu wird der Luftstrom durch schlitzförmige, schallabsor­ bierend ausgekleidete Kanäle geführt.

Für eine hohe Dämpfungswirkung ist es vorteilhaft, Luftkanäle mit großem Querschnitt in schmale, beidseitig absorbierende Einzelkanäle aufzuteilen. Diese Kanäle werden gebildet, indem quaderförmige, schallabsorbierende Elemente, sogenannte Ku­ lissen, in die rechteckige Luftleitung derart gestellt wer­ den, daß die Höhe der Kulissen mit der Höhe des Luftleitungs­ querschnittes übereinstimmt, während durch den Abstand der benachbarten, zueinander parallel ausgerichteten Kulissen schmale Schächte gebildet werden, durch welche die Luft strömt. Die Dämpfung wird durch die Spaltweite der Schächte, die Dicke der Kulissen und deren Länge bestimmt.

Weiterhin kann durch Auswahl des Absorptionsmaterials und die Bauart der Kulissen auf die Dämpfung Einfluß genommen werden. Es werden verschiedene Bauarten unterschieden: Bei den "rei­ nen" Absorptionsschalldämpfern bestehen die Kulissen aus ei­ nem Rahmen, der üblicherweise mit Mineralwolle gefüllt ist. Um zu verhindern, daß Mineralwollefasern vom Luftstrom mitge­ rissen werden, wird die Oberfläche durch dünne, akustisch transparente Schichten, wie Glasvlies o. dgl. weitgehend ge­ schützt. Diese Schichten sind einerseits so dicht, daß die Fasern am Austritt gehindert werden, andererseits aber akustisch offen, so daß die Molekülschwingungen vom strömenden Medium ungehindert in das Absorptionsmaterial übertragen und die Schwingungsenergie durch Reibung in Wärme umgewandelt werden kann. Derartige Absorptionsschalldämpfer besitzen her­ vorragende Wirksamkeit bei mittleren und hohen Frequenzen.

Ventilatoren liefern aber gerade im tieffrequenten Bereich eine hohe Schalleistung. In diesem Bereich ist ein Absorpti­ onsschalldämpfer nur wenig effektiv, er muß also sehr lang bzw. voluminös gebaut werden. Hinzu kommt, daß die Schall­ energie bei mittleren und hohen Frequenzen auf natürlichem Wege durch zahlreiche Umlenkungen der Luftleitung, wie Bögen usw. bereits reduziert wird, so daß häufig kein weiterer Be­ darf vorhanden ist, bei mittleren und hohen Frequenzen zu dämpfen.

Die Dämpfung tieffrequenter Geräuschanteile ist deshalb ein Schwerpunkt des Schallschutzes in der Lüftungstechnik.

Es sind Kulissen bekannt, die zur Erzielung einer hohen Dämp­ fung bei tiefen Frequenzen Resonanzeffekte nutzen, die durch Wechselwirkung in einem mechanischen oder akustischen Masse- Feder-System hervorgerufen werden. So sind z. B. Kulissen be­ kannt, die eine teilweise oder vollflächige Abdeckung aus dünnem Blech besitzen. Diese Bleche bilden die Masse eines akustischen Resonanzkreises, während das zwischen den Blechen eingeschlossene Volumen, welches durch die in der Mineralwol­ le enthaltene Luft komprimierbar ist, die akustische Feder bildet. Die Abstimmung auf die gewünschte Resonanzfrequenz geschieht bei dem Prinzip des Plattenresonators durch die Wahl eines geeigneten Plattenmaterials in Verbindung mit dem dahinterliegenden, im wesentlichen durch die Kulissendicke und die Kassettierung beeinflußbaren Volumen.

Es sind auch Kulissen bekannt, die eine Kombination aus ver­ schiedenen Resonanzmechanismen nutzen, wie die Kombination von Helmholtz- und Plattenresonatoren. Kulissen dieser Bauart sind jedoch sehr aufwendig und somit teuer. Bei Resonatorkulissen mit vollflächiger Blechabdeckung be­ sitzt die Masse der Resonatorplatten, die Art des Materials und dessen Steifigkeit bzw. Struktur einen Einfluß auf das Resonanzverhalten. Resonatorkulissen mit dicken bzw. schweren Platten weisen eine schmale Resonanzkurve bei sehr tiefen Frequenzen auf, während bei Verwendung von dünnen, folie­ ähnlichen Materialien eine breitbandigere Wirkung bei tiefen Frequenzen erzielt werden kann.

Da es im allgemeinen wünschenswert ist, die Dämpfungswirkung nicht nur auf ein schmales Frequenzband zu beschränken, ist die Verwendung von Folien für den Bau von Schalldämpferkulis­ sen von großem Interesse. Im folgenden wird deshalb speziell auf die Verwendung von Folien bzw. sehr dünnen Platten zur Abdeckung des Absorbermaterials ausgegangen.

Bei Kulissen mit Folien tritt der Schall breitbandig durch die begrenzende Folienschicht und wird - wie bei den "reinen" Absorbern - von der Mineralwolle absorbiert. Zusätzlich tritt der erwähnte Resonanzeffekt auf. Dieser gemischte Kulissentyp wird im folgenden als Folienkulisse bezeichnet.

Neben der breitbandigen Dämpfungswirkung bei tiefen Frequen­ zen ist der Vorteil der Folienkulissen darin zu sehen, daß die Kulissenoberfläche vollständig durch ein luft- und was­ serdichtes Material eingeschlossen ist, somit leicht zu rei­ nigen und ohne die Gefahr, das Fasern der Mineralwolle in den Luftstrom gelangen können.

Für die Funktion eines derartigen Schalldämpfers ist es wich­ tig, daß die Abdeckung frei schwingen kann, da andernfalls kein Energieaustausch zum eingeschlossenen Luftvolumen statt­ findet. Das bedeutet im Fall einer Folienabdeckung, daß diese Folie nicht vollflächig mit dem Absorber verklebt sein darf, so wie dies bei üblichen Baumaterialien, wie der mit Aluminiumfolie kaschierten Mineralwolle für Wärmeisolierungen der Fall ist. Dieses Prinzip gilt gleichermaßen für Absorberku­ lissen mit dünner Folienabdeckung, bei denen die Folie ledig­ lich dem Schutz der Mineralwolle vor Feuchtigkeit dienen soll.

In der Literatur wird die Beeinträchtigung der Dämpfungswir­ kung von Schalldämpferkulissen bei der Verwendung von Folien zur Abdeckung des Absorbermaterials beschrieben und es wird vorgeschlagen, eine Folie zwischen zwei Lochblechen schlaff anzuordnen [Technischer Lärmschutz, VDI Verlag 1996, Seite 254].

Die Verwendung von zwei beabstandeten Lochblechen ist sehr kostenintensiv. Da durch den Schalldämpfer Luft strömt, kann auf eine Fixierung der Folie jedoch nicht verzichtet werden, da diese ansonsten im Luftstrom flattern und dadurch selbst Geräusche erzeugen und rasch verschleißen würde.

Wird nur ein Lochblech verwendet, so besteht die Gefahr, daß die Folie gegen die Mineralwolle gepreßt wird und im oben beschriebenen Sinne eine verminderte Dämpfung zur Folge hät­ te.

Diesen Nachteil vermeidet eine Anordnung nach DE 32 02 078 A1. Es wird zwischen Lochblech und Absorber eine Zwischen­ schicht aus dünnen Kunststoffäden eingebracht, die ein Anle­ gen der Folie an das Lochblech verhindert.

In EP 0 236 810 B1 wird eine Stützkonstruktion empfohlen, welche die Form einer Lochplatte, eines Gitters, mehrerer Leisten oder Rippen hat.

In der EP 0 445 431 A2 wird das Anlegen der Absorberfüllung an eine mit Löchern versehene Abdeckung dadurch verhindert, indem die Abdeckung selbst vorstehende Ausbuchtungen auf­ weist, welche die Füllung auf Distanz halten.

Den genannten Erfindungen ist jedoch gemeinsam von Nachteil, daß Schmutzpartikel der verunreinigten Luft ein Verschmutzen des beabstandeten Zwischenraumes verursachen und eine Reini­ gung mit beispielsweise einem Hochdruckreiniger infolge des der äußeren, mit Löchern versehenen Abdeckung, problematisch ist.

In der DE 34 17 874 A1 ist eine Schallschluckplatte zur Ver­ wendung als Wand- oder Deckenverkleidungselement in Räumen mit erhöhten Sauberkeitsanforderungen angegeben. Sie besteht aus einem faserigen Kern, der von einer nichtporösen, glatten Membran eingeschlossen ist, die an ihm auf wenigstens einer seiner flachen Außenseiten in einem durchgehenden Muster ge­ schlossener geometrischer Figuren befestigt ist. Die geomet­ rischen Figuren sind durch vorzugsweise aufgetragene Kleb­ stoffränder zum Verkleben der Membran mit dem Kern entstanden und haben einen Durchmesser von etwa 12,7 mm. Damit kann die Membran als solche nicht akustisch frei schwingen. Sie be­ steht vorzugsweise aus 0,038 mm bis 0,051 mm dickem Polyu­ rethan und ist unversteift.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalldämpferkulisse zu schaffen, die leicht herstellbar ist und die vorstehend ge­ nannten Nachteile nicht besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalldämpferku­ lisse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine Metallfolie oder eine sehr dünne Metallplatte, beides nach­ folgend als "Metallfolie" zusammengefaßt, ist mittels aus ih­ rer Ebene herausgebogener Zonen steifverformt oder ist mit­ tels Armiermaterial verstärkt und kann hierdurch in größeren Abständen mit einfachen Mitteln an der Absorberschicht ohne mechanische Vorspannung befestigt werden.

Herausgebogene Zonen erhöhen in bekannter Weise die Flächen­ steifigkeit bei etwa gleichbleibender flächenbezogener Masse und ermöglichen auf diese Weise, auch Metallfolien in größeren Abständen zu befestigen. Damit wird erreicht, daß die dünne Deckschicht akustisch frei schwingen kann, während sie in Folge ihrer Versteifungen gegenüber dem vorbeistreichenden Luftstrom stabil ist und somit nicht zum Flattern angeregt wird.

Die Metallfolie hat vorzugsweise eine Stärke von 0,05 mm bis 0,20 mm. Versteifungen können beispielsweise durch Abkanten, Beulverformen, Drücken, Falten, Prägen oder Walzen in die Me­ tallfolie eingebracht werden, wie es zwecks Material- und Ge­ wichtsersparnis in vielen Bereichen der Technik seit langem üblich ist.

Eine weitere Möglichkeit der mechanischen Stabilisierung des Folienmaterials ist die Armierung des Materials mit einem Stützgewebe oder dergleichen, das mit dem Material verklebt, thermisch verschweißt oder mittels anderer Verfahren verbun­ den ist.

Die sich ergebende Struktur kann wabenförmig, kreisförmig, kreisringförmig, zickzackförmig, trapezförmig, gewellt, mäan­ derförmig, kreuzförmig usw. sein, wobei Einflußgrößen wie Fo­ lienmaterial, Materialstärke, Folienplattengröße, Herstell­ barkeit und der Einsatzbedingungen das "Prägemuster" beein­ flussen können.

Die Abstände der Befestigungspunkte oder Befestigungslinien sollen möglichst groß sein und hängen insbesondere von der erzielten Eigensteifigkeit der behandelten Metallfolie und der vorgesehenen Strömungsgeschwindigkeit im Kulissenspalt ab. Gute Ergebnisse werden beispielsweise erzielt bei Abstän­ den von Befestigungspunkt zu Befestigungspunkt von 200 mm bis 300 mm. Zur Befestigung kann ein elastischer Kleber dienen oder Halteclipse, die sich im Absorptionsmaterial aufsprei­ zen.

Werden streifenartig ausgebildete "Prägemuster" verwendet, so ist es lufttechnisch sehr von Vorteil, die Streifen längs zur Luftführung anzuordnen. Hierdurch verringert sich der Luftwi­ derstand, der Verschmutzungsgrad und die Flattergefahr.

Das Absorptionsmaterial besteht üblicherweise aus Stein-, Mi­ neral- oder Glaswolle. Es sind aber auch andere Absorptions­ materialien einsetzbar.

Das Gehäuse des Kulissenschalldämpfers ist ein Blechgehäuse. Die Metallfolie besteht aus dünnem Walzstahl oder Walzalumi­ nium.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 und Fig. 2 eine Absorptionsschalldämpferkulisse mit einer Metallfolie mit wabenartigen Verfor­ mungen,

Fig. 3 und Fig. 4 eine Absorptionsschalldämpferkulisse mit einer Metallfolie mit trapezartigen Ver­ formungen,

Fig. 5 und Fig. 6 eine Absorptionsschalldämpferkulisse mit einer Metallfolie mit halbrohrförmigen Verformungen und

Fig. 7 ein Balkendiagramm zur Dämpfung einer er­ findungsgemäßen Folienkulisse im Vergleich zu einer reinen Absorberkulisse nach dem Stande der Technik.

Die beispielhafte Kulisse nach Fig. 1 ist komplett in der o­ beren Bildhälfte dargestellt. Ein Rahmen 1 ist mit Absorpti­ onsmaterial 3 ausgefüllt, welches zur Schallseite hin mit einer Metallfolie 2 abgedeckt ist. Eine Ecke ist abgehoben dar­ gestellt, um das Absorptionsmaterial 3 zeigen zu können. Die Kulissengröße beträgt B × H × L 200 × 500 × 1000 mm, der Ku­ lissenspalt 100 mm. Als Absorptionsmaterial 3 dient Mineral­ wolle. Die Metallfolie 2 hat eine Stärke von 0,080 mm. Die "Schlüsselweite" der Waben in der Metallfolie 2 beträgt 12 mm. Die Metallfolie 2 ist in Abständen von 200 mm an der Au­ ßenseite der Absorptionsschicht mittels eines elastischen Klebers, z. B. Acryldichtmasse, befestigt.

Fig. 2 zeigt links einen Schnitt durch die Kulisse. Es ist zu erkennen, daß die Metallfolie 2 durch Einformungen versteift ist und mit nur wenigen Befestigungspunkten 4 auf der gassei­ tigen Oberfläche des Absorptionsmaterials 3 befestigt ist, wodurch die Metallfolie 2 im wesentlichen frei schwingen kann. Hierzu kann nach einer Ausbildung der Erfindung ein e­ lastischer Adhäsionskleber eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, die Metallfolie 2 mit wenigen Stiften, Spangen oder ähnlichen selbstsichernden Befestigungselementen anzu­ heften.

Die rechte Bildhälfte von Fig. 2 zeigt schließlich eine Draufsicht auf die Kulisse. Die Metallfolie 2 ist durch ein eingeformtes hexagonales Wabenmuster versteift. Das Wabenmus­ ter kann eingeprägt, eingewalzt oder beulverformt erzeugt sein. Die Metallfolie 2 ist gas- und wasserdicht, weshalb Schmutzpartikel nicht in das Innere der Kulisse getragen wer­ den.

Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, wird für eine vorstehend be­ schriebene Kulisse eine breitbandige Dämpfung im besonders interessierenden unteren Frequenzbereich erreicht. Besonders bemerkenswert ist die Dämpfung im Bereich um 250 Hz, die im Vergleich zu einer reinen Absorberkulisse um 7 dB höher ist.

In Fig. 3 ist beispielhaft eine Kulisse dargestellt, bei der die Metallfolie 2 trapezförmige Oberflächenelemente ausbildet. Bei einer zu Fig. 1 angegebenen Kulissengröße betragen die Abmessungen des Trapezprofils: Sickentiefe 2 mm, Breite einer Schrägfläche 5 mm, Breite eines Obergurtes 55 mm, Brei­ te eines Untergurtes 55 mm. Die Folienstärke beträgt 0,20 mm. Die Luft streicht in einem Lüftungskanal längs zu den Sicken, wodurch sehr günstige Strömungsverhältnisse hergestellt sind.

In Fig. 4 ist links wiederum die lose Befestigung der Metall­ folie 2 an nur wenigen Befestigungspunkten 4 am Absorptions­ material 3 angedeutet. Die rechte Bildhälfte zeigt die Vor­ deransicht der Kulisse.

In Fig. 5 ist eine Kulisse dargestellt, bei der die Metallfo­ lie 2 halbrohrartige Oberflächenelemente ausgebildet. Die Luft streicht in einem Lüftungskanal längs zu den Halbrund­ profilen, wodurch wiederum sehr günstige Strömungsverhältnis­ se hergestellt sind.

In Fig. 6 ist links wiederum die lose Befestigung der Metall­ folie 2 an nur wenigen Befestigungspunkten 4 am Absorptions­ material 3 angedeutet. Die rechte Bildhälfte zeigt die Vor­ deransicht der Kulisse.

Es versteht sich, daß anstelle der beispielhaft dargestellten Profile viele andere geeignete Profile eingesetzt werden kön­ nen, die die Metallfolie 2 versteifen. So kann anstelle des Sechseckprofils z. B. ein Rechteckprofil eingearbeitet sein oder anstelle des Halbschalenprofils z. B. ein Wellblechpro­ fil.

Wird eine Metallfolie zwecks Stabilisierung nicht verformt, sondern armiert, erfolgt dies in der Weise, daß vorzugsweise rückseitig auf die Metallfolie ein Netz, Geflecht, Gewirk, Gewebe oder dergleichen Gebinde aus vorzugsweise Kunststoff­ material aufgebracht wird. Das Armiermaterial kann beispiels­ weise mit der Metallfolie verklebt oder verschweißt werden. Die "Maschenweite" des Armierungsmaterials hängt maßgeblich von der Kulissengröße, der Stärke der Metallfolie, der Ab­ stände der Befestigungspunkte der Metallfolie am Absorptions­ material und von der Stärke des Armierungsmaterials ab.

Claims (10)

1. Schalldämpferkulisse für Anlagen der Lüftungstechnik, mit einer Füllung aus einem schallabsorbierenden Material und ei­ ner vollflächigen, gas- und flüssigkeitsdichten Abdeckung des Absorptionsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß eine stabilisierte Metallfolie (2) oder sehr dünne stabi­ lisierte Metallplatte ohne mechanische Vorspannung an der Gasseite des Absorptionsmaterials (3) in größeren Abständen, vorzugsweise 200 mm bis 300 mm, punkt- oder linienweise be­ festigt ist.

2. Schalldämpferkulisse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) oder sehr dünne Metallplatte steif­ verformt ist.

3. Schalldämpferkulisse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) oder sehr dünne Metallplatte armiert ist.

4. Schalldämpferkulisse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) oder sehr dünne Metallplatte mit ei­ nem elastischen Adhäsionsmittel auf dem Absorptionsmaterial (3) befestigt ist.

5. Schalldämpferkulisse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) oder sehr dünne Metallplatte mit selbstsichernden Befestigungselementen auf dem Absorptionsma­ terial (3) befestigt ist.

6. Schalldämpferkulisse nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände von Befestigungsstelle zu Befestigungsstelle der Metallfolie (2) oder sehr dünnen Metallplatte zwischen 200 mm und 300 mm betragen.

7. Schalldämpferkulisse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) oder sehr dünne Metallplatte ein tra­ pezförmiges oder wellblechartiges Versteifungsmuster ausbil­ det und das Profil längs zum Luftstrom läuft.

8. Schalldämpferkulisse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) oder sehr dünne Metallplatte ein wa­ ben- oder rechteckförmiges Versteifungsmuster ausbildet.

9. Schalldämpferkulisse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung mit der Metallfolie (2) verklebt, thermisch verschweißt oder ähnlich geeignet verbunden ist.

10. Schalldämpferkulisse nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Metallfolie (2) oder sehr dünnen Metall­ platte vorzugsweise 0,05 mm bis 0,20 mm beträgt.