DE102014011221A1

DE102014011221A1 - Doppelfederelement zur Körperschalldämmung bei Halterungen

Info

Publication number: DE102014011221A1
Application number: DE102014011221.7A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Wittekind
Original assignee: Dw - Shipconsult GmbH; Dw Shipconsult GmbH
Current assignee: Dw - Shipconsult GmbH; Dw Shipconsult GmbH
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein kompaktes Doppelfederelement, das hohe Körperschalldämmung auch bei ungünstiger Fundamentgestaltung erlaubt und für die Entkopplung von Rohrleitungen mit hohem Körperschallpegel von einer leisen Umgebung geeignet ist. Das Verhältnis zwischen axialer Steife und Quersteife ist konstruktiv einstellbar und die Zwischenmasse ist nachträglich veränderbar, um die Wirkung der Umgebung entsprechend anzupassen.

Description

Stand der Technik
Die elastische Lagerung von Geräten oder Bauteilen mit hohen Körperschallpegeln ist eine häufig genutzte Konstruktion zur Reduzierung der auf die Umgebung wirkenden Kräfte. Bei hohen Anforderungen werden auch sogenannte doppelelastische Lagerungen eingesetzt. Diese bestehen aus zwei elastischen Ebenen mit einer Zwischenmasse. Damit werden oberhalb der Starrkörpereigenfrequenzen des Systems deutlich höhere Dämmwirkungen erzielt. Die Eigenschaften solcher Systeme sind gut verstanden.
In manchen Anwendungsfällen kann ein ausreichend widerstandsfähiges Fundament, ausgedrückt durch die Impedanz, nicht vorgesehen werden. In solchen Fällen kann der akustische Energieeintrag in das Fundament sehr hoch sein. Auch in diesem Fall könnte eine hochwertige Lagerung eine hohe Körperschalldämmung gewährleisten.
Bekannt ist ebenfalls eine doppelelastische Lagerung, in der Ausführung als Doppelfederelement. In diesem Fall ist die Zwischenmasse in die Feder integriert. Ein gewöhnlicher Nachteil dieser Anordnung ist, dass die axiale Steifigkeit viel höher ist als die horizontale, was in vielen Anwendungsfällen unerwünscht ist. Derartige Federelemente werden für Maschinenlagerungen eingesetzt, insbesondere in Landanwendungen, wo die niedrige horizontale Steifigkeit keine Konsequenzen für den Betrieb hat. In anderen Fällen, beispielsweise im Schiffbau, wo Schiffsbewegungen im Seegang berücksichtigt werden müssen, kommen gelegentlich Begrenzer zum Einsatz, die übermäßige Verschiebungen bei Schräglagen verhindern.
Körperschall breitet sich nicht nur über das Fundament einer Schallquelle aus, sondern auch über sogenannte Nebenwege, also beispielsweise angeschlossene Rohrleitungen und Kabel. Bei hohen Ansprüchen ist eine elastische Lagerung auch dieser Anlagenteile erforderlich. Voraussetzung für eine hohe Wirkung einer solchen elastischen Lagerung ist wieder eine gute Fundamentierung, die aber häufig nicht sichergestellt werden kann. Derartige Situationen ergeben sich insbesondere dort, wo hohe Körperschallpegel nicht vermieden werden können, zum Beispiel Abgasleitungssysteme in Schiffen. Gleichzeitig ist es schwer, die schweren Komponenten angemessen zu fundamentieren, da es im Bereich zum Beispiel des Schornsteins keine geeigneten Befestigungspunkte gibt.
Für diese Anwendung gibt es bereits in großer Zahl elastische Elemente, die aber nur aus einer einfachen Feder bestehen.
Es liegt nahe, auch für diesen Fall eine doppelelastische Entkopplung vorzusehen, die aber bestimmte Eigenschaften haben muss, um für breite technische Verwendung in Frage zu kommen. Die oben beschriebenen bereits handelsüblichen Federelemente sind dafür nicht geeignet. Sie sind viel zu groß, in Querrichtung zu nachgiebig und in ihren Eigenschaften nicht auf die Umgebung nachträglich anpassbar
Aufgabenstellung
Die Dämmung von Körperschall von Rohrleitungen und Kanälen, zum Beispiel für Abgas soll gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert werden. Dafür sollen Federelemente mit Zwischenmasse eingesetzt werden. Diese sollen auch einsetzbar sein, wenn nur elastische Verbindungen zu nach herkömmlichem Verständnis ungeeigneten Befestigungspunkten existieren Eine doppelelastische Entkopplung kann diese Anforderung zum Teil erfüllen, darf aber keine anderweitigen Nachteile für das entkoppelte System mit sich bringen. Für einen universellen Einsatz bedarf es einer Bauform, die sich durch Variation weniger Parameter an den Bedarf anpassen lässt.
Derartige Elemente sind bisher nicht verfügbar und kommen deshalb bisher nicht zum Einsatz.
Beschreibung der Erfindung
Beschrieben wird ein Doppelfederelement gemäß 1 mit integrierter Zwischenmasse mit folgenden wesentlichen Merkmalen:

– Die Zwischenmasse ist anpassbar
– Das Federsteifigkeitsverhältnis zwischen axialer und horizontaler Richtung ist durch eine geeignete Konstruktion einstellbar, aber vorzugsweise ist die Steifigkeit in allen Richtungen gleich
– Das Federelement ist skalierbar und hat damit eine einheitlich Bauform oder Geometrie
– Das Federelement soll für möglichst viele Einbausituationen geeignet sein

1 zeigt den Aufbau des Elements. Die Querschnittsform ist beliebig aber vorzugsweise rund, damit die Eingeschalten in allen Querrichtungen gleich sind. Über die Form des elastischen Materials wird die Steifigkeit in allen Raumrichtungen eingestellt.
Es besteht aus einem fundamentseitigen Flansch 1 und einen mit der Schallquelle, beispielsweise einer Rohrleitung mit einem hohen Körperschallpegel, verbundenen Flansch 2. Zwischen zwei elastischen Ebenen 3, die jeweils gleich oder unterschiedlich gestaltet werden können, ist eine Zwischenmasse 4 angeordnet. Diese Zwischenmasse kann mit einem Zusatzgewicht 5, das der Form der Zwischenmasse angepasst ist, verändert werden.
Eine zentrale Bohrung 6 erlaubt die Anordnung des Elements für eine hängende Befestigung, 4, wobei der Flansch der lauten Seite 2 beispielsweise über eine Stange 7 mit der Schallquelle verbunden wird.
Die gegenüber einem einfachen, herkömmlichen Federelement verbesserte Wirkung des erfindungsgemäßen Elements beginnt etwa bei der Frequenz
c ist die dynamischen Gesamtsteifigkeit beider elastischen Ebenen in der jeweiligen betrachteten Raumrichtung, m die Zwischenmasse mit oder ohne Zusatzgewicht zwischen dem oberen und unteren Federteil und f₀ die Eigenfrequenz. Die körperschalldämmende Wirkung des erfindungsgemäßen Elements zeigt 3. Dargestellt ist die Wirkung eines einfachen, herkömmlichen Elements 8 und die des erfindungsgemäßen Elements 9. Bei ganz tiefen Frequenzen ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Feder gleich einer gleich steifen konventionellen Feder. Um die Eigenfrequenz f₀ herum ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Feder schlechter als die einer gleich steifen konventionellen Feder. Die Eigenfrequenz f₀ muss so gelegt werden, dass die hauptsächlichen zu dämmenden Frequenzen ausreichend überfliegen und dass tieferliegende Frequenzen im Bereich um f₀ nicht unzulässig verstärkt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass durch Hinzufügen oder Weglassen des Zusatzgewichts 5 die Zwischenmasse variiert werden kann, was f₀ und f entsprechend verschiebt.
Im Bereich 10 oberhalb der Frequenz f verbessert sich die Dämmung (Körperschallpegelreduzierung) mit etwa 12 Dezibel für jede Verdopplung der Frequenz unabhängig von der Qualität des Fundaments.
Das elastische Material kann Stahl in Form einer oder mehrere Spiralfedern oder anderer Gestaltungsformen oder ein gummiartiges Elastomer sein. Das gummiartige Elastomer kann besser für ein kompaktes erfindungsgemäßes Element mit einstellbarer Steife sein. Eine hohe Dämpfung des Materials ist günstig für die Begrenzung des negativen Effektes um f₀ herum.

Claims

Ein Doppelfederelement zu befestigen zwischen einer Struktur mit hohem Körperschallpegel und einer Struktur mit niedrigem Körperschallpegel bestehend aus zwei Ebenen mit elastischem Material mit einer Zwischenmasse geeignet für die Aufhängung und Lagerung insbesondere von Rohrleitungssystemen dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenmasse veränderbar ist und das Steifigkeitsverhältnis zwischen axialer Steife und Quersteife konstruktiv eingestellt werden kann.
Ein Doppelfederelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material aus einem gummiartigen Elastomer oder metallischen Werkstoffen oder Kunststoff bestehen kann
Ein Doppelfederelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Bohrung angeordnet werden kann, die eine einfache hängende Anordnung der Struktur mit hohem Körperschallpegel erlaubt