DE102016116554B3 - Schalldämpfende Wand mit einem Fensterkomplex und Flugzeug mit einer solchen Wand - Google Patents

Abstract

Eine schalldämpfende Wand (1), insbesondere für ein Flugzeug, weist eine Außenhaut (2), eine Innenverkleidung (3) und einen Fensterkomplex (10) auf. Der Fensterkomplex (10) weist ein Außenfenster (5), das in die Außenhaut (2) eingesetzt ist, ein Innenfenster (6), das in die Innenverkleidung (3) eingesetzt ist, wobei die Innenverkleidung (3) rund um das Innenfenster (6) einen Fenstertrichter (12) bildet, und eine Fensterzwischenwand (7), mit der das Außenfenster (5) und das Innenfenster (6) verbunden sind, auf. Außerdem weist der Fensterkomplex (10) eine Dichtung (9) auf, die zwischen der Innenverkleidung (3) und dem Innenfenster(6) angeordnet ist. Dabei weist der Fenstertrichter (12) eine in Richtung auf das Innenfenster (6) abnehmende Wandstärke auf, so dass er ein akustisches schwarzes Loch bildet, und der Fensterkomplex (10) weist einen Schalldämpfer (14) oder Schalltilger (13) auf.

Description

• TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft eine schalldämpfende Wand mit einer Außenhaut, einer Innenverkleidung und einem Fensterkomplex. Solche doppellagigen Wände sind beispielsweise in Flugzeugen verbaut. Flugzeuge haben eine dünne metallische oder aus Verbundwerkstoffen gefertigte Außenhaut, die mit einer Innenverkleidung beispielsweise aus Glasfasergewebe verkleidet wird. Zwischen der Außenhaut und der Innenverkleidung befindet sich ein Dämmmaterial, das neben einer thermischen Isolierung auch einer Schalldämpfung dient. Dies ist notwendig, weil sowohl außerhalb eines Flugzeugs Geräusche auftreten – beispielsweise durch die Triebwerke – als auch Vibrationen des Flugzeugs und der Wand selbst Schallemissionen bewirken können. Um eine Lärmbelastung für Passagiere und Besatzung so gering wie möglich zu halten, ist es daher von Vorteil, die Wand so auszuführen, dass sie externen Schall wie auch Schall, der durch ihre eigenen Vibrationen entsteht, möglichst effektiv dämpft.
• Doppellagige Wände mit Fensterkomplexen finden auch Einsatz bei anderen Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen, beispielsweise bei Eisenbahnwagen.
• STAND DER TECHNIK
• Bekannte schalldämpfende doppellagige Wände sind mit einer Außenhaut, in die ein Außenfenster eingesetzt ist, und einer Innenverkleidung, in die ein Innenfenster eingesetzt ist, aufgebaut. Das Innenfenster und das Außenfenster sind durch eine Fensterzwischenwand miteinander verbunden, so dass ein Zwischenraum zwischen dem Innenfenster und dem Außenfenster von einem Zwischenraum zwischen der Außenhaut und der Innenverkleidung abgegrenzt ist. Zwischen der Außenhaut und der Innenverkleidung ist ein Dämmmaterial angeordnet, das bis an die Fensterzwischenwand heranreichen kann. Ein durchsichtiger Bereich des Fensters, der durch die Fensterzwischenwand abgegrenzt wird, ist somit von Dämmmaterial freigehalten. Der von dem Außenfenster, dem Innenfenster und der Fensterzwischenwand begrenzte Zwischenraum ist eine ungedämpfte Kavität. Für eine schalldämpfende Wirkung der Wand gegenüber externen Geräuschen ist das Fenster damit eine Schwachstelle, an der Geräusche besonders gut durch die Wand dringen können.
• Die Innenverkleidung ist mit dem Innenfenster starr verbunden. Die Innenverkleidung formt dabei einen Fenstertrichter aus, indem sie in Richtung auf das Fenster trichterförmig zuläuft. Die Ausformung des Fenstertrichters und die Verbindung der Innenverkleidung mit dem Innenfenster sind lediglich durch Kriterien der Robustheit und der Steifigkeit bestimmt. Geräuschemissionen, die aufgrund von Erschütterungen der Wand und insbesondere der Innenverkleidung entstehen, und schallbedingte Biegeschwingungen der Wand werden somit unmittelbar auf das Innenfenster übertragen. Durch die ungedämpfte Kavität, die einen Resonanzraum bildet, können sie im Bereich des Fensterkomplexes sogar verstärkt werden.
• Akustische schwarze Löcher sind Gegenstand der Forschung. Zur Erzeugung eines akustischen schwarzen Lochs wird in einer, beispielsweise metallischen, Platte, normalerweise durch Ausfräsen, eine Ausnehmung erzeugt. Von der vollen Dicke der Platte bis in die Ausnehmung nimmt die Dicke der Platte idealerweise bis auf null ab, so dass die Platte in Richtung auf die Ausnehmung mit keilförmigem Querschnitt zuläuft. Wenn nun in der Platte Biegeschwingungen auf die Ausnehmung zulaufen, nimmt mit der Abnahme der Dicke ihre Amplitude zu und gleichzeitig ihre Wellengeschwindigkeit ab. Da die Wellengeschwindigkeit im Idealfall in der Ausnehmung null wird, werden die Biegeschwingungen an der Ausnehmung nicht reflektiert und die Energie der Biegeschwindungen somit im Bereich der Ausnehmung gesammelt. Diese Eigenschaft gibt dem akustischen schwarzen Loch seinen Namen, da es die Schwingungsenergie ebenso einfängt wie ein bekanntes (optisches) astrophysikalisches schwarzes Loch das Licht. Die Biegeschwingungen der Platte außerhalb des akustischen schwarzen Lochs werden also durch das akustische schwarze Loch gedämpft. Idealerweise entspricht der keilförmige Querschnitt einer exponentiellen Abnahme der Dicke der Platte. Für praktische Belange ist aber auch ein keilförmiger Querschnitt mit einer linearen Abnahme der Dicke der Platte ausreichend. Vorteilhaft an einer linearen Abnahme der Dicke ist, dass sie in einfacherer Weise gefertigt werden kann als eine exponentielle Abnahme der Dicke.
• Es ist auch bekannt, zur Tilgung von Schall Helmholtzresonatoren einzusetzen. Helmholtzresonatoren absorbieren jeweils Schwingungen einer bestimmten Frequenz aus ihrem umgebenden Medium. Sie können daher gezielt dazu eingesetzt werden, bestimmte Schallfrequenzen zu tilgen. Es ist beispielsweise bekannt, bei herkömmlichen (Gebäude-)Doppelfenstern einen Helmholtzresonator so in eine der beiden Scheiben des Doppelglasfensters einzubringen, dass seine Öffnung auf den Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben gerichtet ist, oder ihn mittels eines Rohrs mit dem Zwischenraum zu verbinden. Diese Lösungen erfordern einen hohen Bauteilaufwand. Sie sind daher nicht praktikabel, wenn eine hohe Anzahl von Fenstern zeit- und kosteneffizient hergestellt werden soll. Dies ist beispielsweise für eine Wand für ein Flugzeug der Fall, die eine hohe Anzahl an Fenstern aufweist und in einer Großserienproduktion hergestellt wird. Eine solche Wand muss möglichst wenige Bauteile umfassen.
• Die DE 10 2009 031 523 A1 offenbart eine Kabinenfensterverkleidung für ein Flugzeug mit einem ringartigen Verkleidungselement, das zwischen einer Seitenverkleidung und einem in einen Rumpfausschnitt eingesetzten Fensterrahmen angeordnet ist. Weiterhin ist eine Zentriereinrichtung zur Selbstzentrierung des Verkleidungselements zum Kabinenfenster vorgesehen. Eine Verriegelung des Verkleidungselements erfolgt mechanisch getrennt von der Selbstzentrierung, wobei zum Verriegeln des Verkleidungselements ein umlaufendes Dichtungsprofil mit einer Vielzahl von Verriegelungsstiften vorgesehen ist, die durch Ausnehmungen in dem Überlappungsbereich führbar sind.
• Aus der EP 2 730 497 A1 ist ein Flugzeugfenster mit einem Außenfenster, das in eine Außenhaut eingesetzt ist, und einem Innenfenster, das in einen an das Außenfenster angesetzten Fenstertrichter eingesetzt ist, bekannt. An den Fenstertrichter grenzt eine Innenverkleidung an. Profile der Innenverkleidung, des Fenstertrichter und eines Rahmen des Außenfensters greifen ineinander ein.
• Aus der DE 698 20 510 T2 ist ein schallisolierendes Fenster für ein Flugzeug bekannt, das eine vibrationsdämpfende und schallabsorbierende Scheibenanordnung aufweist. Die Scheibenanordnung umfasst ein Laminat mit einer Klebstoffzwischenschicht, die auf ein Substrat aufgebracht ist, und eine Schicht eines schalldämmenden Materials, die auf der Klebstoffzwischenschicht aufgebracht ist und auf dem Substrat durch die Klebstoffzwischenschicht haftet. Die vibrationsdämpfende und schallabsorbierende Scheibenanordnung ist über eine Abstandsrahmenanordnung parallel zu einer äußeren Scheibenanordnung angeordnet, welche ebenfalls ein Laminat aus zwei oder mehr Glas- oder Plastikscheiben und einer oder mehr Zwischenschichten, die zwischen den Scheiben angeordnet sind, umfasst.
• Aus der US 2010 / 0 123 043 A1 ist ein schallisolierendes Flugzeugfenster bekannt, das eine mehrschichtige Verglasung aus unterschiedlich nachgiebigem Material und eine die Verglasung haltende umlaufende Dichtung aufweist.
• Aus der DE 10 2015 100 442 A1 ist eine ein akustisches schwarzes Loch und eine Schwingungsdämpfungseinrichtung aufweisende schwingungsfähige Struktur bekannt. Die Schwingungsdämpfungseinrichtung weist einen im Bereich des akustischen schwarzen Lochs mechanisch an die Struktur angekoppelten elektrisch-mechanischen Wandler auf. Das akustische schwarze Loch und die Schwingungsdämpfungseinrichtung dienen der Schwingungsund Lärmreduktion.
• Aus der US 2013 / 0 071 251 A1 ist eine schwingungsgedämpfte Schaufel für ein Fluid mit einem keilförmigen Schwingungsdämpfer bekannt, der nach dem Prinzip eines akustischen schwarzen Lochs arbeitet.
• Aus der DE 10 2014 015 084 A1 ist ein Raumbegrenzungselement, wie beispielsweise eine Tür eines Sanitärraums in einem Flugzeug, bekannt, das eine Dickenrichtung aufweist, in der sich eine Durchgangsöffnung durch das gesamte Raumbegrenzungselement hindurch erstreckt. In der Durchgangsöffnung ist ein Einsatz mit einem Schallabsorptionsbereich angeordnet, der in Richtung quer zur Dickenrichtung des Raumbegrenzungselements neben dem Luftdurchlassbereich angeordnet ist. Dabei weist der Schallabsorptionsbereich Schallabsorptionselemente auf, die auf eine Schallabsorption in unterschiedlichen Frequenzbereichen abgestimmt sind. Die Schallabsorptionselemente weisen einen geschlossenporigen Hartschaum auf, der mit mehreren Reihen von Bohrungen unterschiedlicher Tiefe versehen ist.
• AUFGABE DER ERFINDUNG
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalldämpfende Wand bereitzustellen, die mit geringem Bauteilaufwand auch im Bereich eines Fensters eine effiziente Schalldämpfung aufweist.
• LÖSUNG
• Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft eine schalldämpfende Wand mit einer Außenhaut, einer Innenverkleidung und einem Fensterkomplex. Der Fensterkomplex weist ein Außenfenster auf, das in die Außenhaut eingesetzt ist und ein Innenfenster, das in die Innenverkleidung eingesetzt ist, wobei die Innenverkleidung rund um das Innenfenster einen Fenstertrichter bildet. Weiterhin weist der Fensterkomplex eine Fensterzwischenwand auf, mit der das Außenfenster und das Innenfenster verbunden sind und eine Dichtung, die zwischen der Innenverkleidung und dem Innenfenster angeordnet ist. Der Fenstertrichter weist eine in Richtung auf das Innenfenster abnehmende Wandstärke auf, so dass er Biegeschwingungen der Innenverkleidung nach dem Prinzip eines akustischen schwarzen Lochs in Richtung auf das Innenfenster leitet. Zusätzlich weist der Fensterkomplex einen Schalldämpfer oder Schalltilger auf.
• Erfindungsgemäß wird also der bei einer gewöhnlichen Wand der erfindungsgemäßen Bauart ohnehin vorhandene Fenstertrichter genutzt, um Biegeschwingungen der Wand "einzufangen". Dazu kann der Fenstertrichter direkt aus einem Material der Innenverkleidung so ausgeformt sein, dass er das akustische schwarze Loch bildet. Beispielsweise wird ein Glasfasermaterial bereits als Formteil in Form der Innenverkleidung mit einem oder mehreren Fenstertrichtern ausgeformt, oder ein Fenstertrichter wird beispielsweise durch Schleifen als akustische schwarze Löcher in dem vorgeformten ausgehärteten Glasfasermaterial ausgeformt. Ein Innenmaß des Fenstertrichters ist dabei wie bei einem herkömmlichen Fenstertrichter durch das Innenfenster bestimmt, an das er anschließen muss, während sich ein Außenmaß des Fenstertrichters aus diesem Innenmaß durch die Wandstärke der Innenverkleidung und deren Abnahme zur Ausbildung des akustischen schwarzen Lochs ergibt.
• Bereits durch die Ausbildung des Fenstertrichters als akustisches schwarzes Loch sind die schalldämpfenden Eigenschaften der Wand somit gegenüber einer herkömmlichen Bauform wesentlich verbessert, ohne dass zusätzlicher Bauteilaufwand notwendig wäre.
• Durch den Schalldämpfer oder Schalltilger an dem Fensterkomplex werden zusätzlich verbesserte schalldämpfende Eigenschaften der Wand erreicht. Er kann beispielsweise dafür sorgen, dass die durch das akustische schwarze Loch in Richtung auf das Fenster geleiteten Biegeschwingungen dort dissipiert werden. Ein Schalldämpfer kann auch dafür sorgen, dass ein durch das Innenfenster, das Außenfenster und die Fensterzwischenwand abgegrenzter Zwischenraum nicht als Resonator Schall noch zusätzlich verstärkt und/oder dass der Fensterkomplex Schall nicht von außen durch die Wand leitet. Dabei ist der Schalldämpfer oder Schalltilger bevorzugt so ausgeführt, dass er ohnehin vorhandene Bauteile in neuer Weise nutzt oder ausgestaltet, so dass gegenüber einer herkömmlichen Wand kein zusätzlicher Bauteilaufwand erzeugt wird.
• Während also bei einer herkömmlichen Wand jedes Fenster eine Schwachstelle im Zusammenhang mit Schallübertragung ist, kann in der erfindungsgemäßen Wand das Fenster nicht nur Schallübertragung und/oder -verstärkung im Bereich des Fensters verhindern, sondern es kann darüber hinaus auch die schalldämpfenden Eigenschaften der gesamten Wand verbessern.
• Als Schalldämpfer kann die Dichtung dienen. Diese kann dazu schalldämpfend sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Schalltilger ein Helmholtzresonator sein.
• Die Dichtung kann auf verschiedene Weise schalldämpfend, sogar hochdämpfend, ausgeführt sein. Im einfachsten Fall genügt es, wenn die Dichtung so weit gedämpft ist, dass sie die durch das akustische schwarze Loch in Richtung auf das Innenfenster geleiteten Biegeschwingungen dissipieren kann, so dass diese nicht auf das Innenfenster übertragen werden. Dazu genügt es, wenn die Dichtung aus einem elastomeren Material, beispielsweise einem Gummi, besteht.
• Die Dichtung kann aber besonders effizient schalldämpfend wirken, indem sie eine viskoelastische Schicht aufweist. Die viskoelastische Schicht kann durch Verformung, beispielsweise Scheren, die Energie der Biegeschwingungen aufnehmen und als Wärmeenergie abstrahlen. Eine mögliche Ausführungsform einer solchen Dichtung mit einer viskoelastischen Schicht ist sogenanntes Constrained-Layer Damping (CLD). Dabei wird die viskoelastische Schicht in ihrer Freiheit der Verformung durch eine oder mehrere steife, insbesondere biegesteife, Schichten beschränkt. Die Energie der Biegeschwingungen wird dann durch Scheren der viskoelastischen Schicht aufgenommen.
• Alternativ oder zusätzlich kann die schalldämpfende Dichtung eine ansteuerbare Schicht aufweisen. Die ansteuerbare Schicht kann beispielsweise piezoelektrisch ansteuerbar sein. In dieser Weise kann die ansteuerbare Schicht gezielt in Schwingungen versetzt werden. Wenn eine solche ansteuerbare Schicht mit einer viskoelastischen Schicht kombiniert wird, ist dies als sogenanntes Active Constrained-Layer Damping (ACLD) bekannt. Die ansteuerbare Schicht kann manuell angesteuert werden. Vorzugsweise ist aber eine Steuerung oder Regelung vorhanden, die die Ansteuerung der ansteuerbaren Schicht kurzfristig an herrschende Umgebungsbedingungen anpassen kann. Beispielsweise kann die ansteuerbare Schicht so in Schwingung versetzt werden, dass sie einen Phasenversatz von 180° zu einer unerwünschten Schallschwingung hat und diese somit gerade auslöscht.
• Die ansteuerbare Schicht kann nicht nur der Schalldämpfung dienen, sondern auch noch einen Nebeneffekt aufweisen: Durch gezielte Ansteuerung der ansteuerbaren Schicht kann das Innenfenster gezielt in Schwingungen versetzt werden. Somit kann willentlich Schall erzeugt werden, der durch den hinter dem Innenfenster liegenden Zwischenraum noch zusätzlich verstärkt wird. Das Innenfenster kann somit als Lautsprecher genutzt werden.
• Die Dichtung kann aber auch mit einem intelligenten Schaum gebildet sein. Ein passiver elastischer Schaum, beispielsweise ein Kunststoffschaum, würde bereits eine Dämpfung der einlaufenden Biegeschwingung bewirken. Zusätzlich kann ein solcher Schaum aber auch mit einer, beispielsweise piezoelektrisch, ansteuerbaren Schicht verbunden sein. Dabei kann es sich beispielsweise um eine flexible Schicht handeln. Diese kann auch in den Schaum eingebettet sein. Mittels der ansteuerbaren Schicht können die Eigenschaften des Schaums verändert werden, beispielsweise seine Porengröße und in Verbindung damit auch seine akustischen Absorptionseigenschaften. Dies kann auch mit einer ansteuerbaren Schicht der vorgenannten Art kombiniert werden, so dass eine, ggf. zusätzliche, Schicht bewusst in Schwingung versetzt werden kann. Der intelligente Schaum kann auch mit einer oder mehreren viskoelastischen Schichten kombiniert werden.
• Wenn der Schalldämpfer unmittelbar mit der Dichtung ausgebildet ist, dann ist kein zusätzlicher Bauteilaufwand notwendig, um den Schalldämpfer bereitzustellen, da die Dichtung in jedem Fall vorhanden sein muss. Gegebenenfalls kann ein Aufbau der Dichtung allerdings komplexer sein als bei einer herkömmlichen Wand, wobei bereits einfache Dichtungen bei der erfindungsgemäßen Wand eine gegenüber der herkömmlichen Wand verbesserte Schalldämpfung ermöglichen.
• Wenn der Schalltilger ein Helmholtzresonator ist, kann dieser einstückig mit der Fensterzwischenwand gebildet sein. Insbesondere kann er einstückig mit der Fensterzwischenwand dreidimensional gedruckt sein. In dieser Weise ist zum Herstellen der Wand kein zusätzlicher Aufwand notwendig. Die Fensterzwischenwand wird wie bei einer herkömmlichen Wand in den Fensterkomplex montiert. Eine zusätzliche Montage der Helmholtzresonatoren ist nicht notwendig. Wenn der Helmholtzresonator einstückig mit der Fensterzwischenwand dreidimensional gedruckt ist, so können insbesondere auch komplexe Formen des Helmholtzresonators realisiert werden.
• Dies kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn mehr als ein Helmholtzresonator in der Fensterzwischenwand angeordnet ist. Die Helmholtzresonatoren können dann auf eine Art und Weise angeordnet werden, die nur schwierig oder gar nicht zu erreichen ist, wenn die Helmholtzresonatoren einzeln in die Fensterzwischenwand eingesetzt werden. Beispielsweise können die Hälse mehrerer Helmholtzresonatoren miteinander verschlungen sein. Dies ermöglicht bei geringem Platzbedarf, die Hälse der Helmholtzresonatoren lang auszubilden. Die von einem Helmholtzresonator absorbierten Frequenzen hängen direkt von seinem Volumen und der Länge seines Halses ab. Je größer das Volumen und je länger der Hals, desto tiefer die absorbierbaren Frequenzen. Wenn Helmholtzresonatoren mit langen Hälsen ermöglicht sind, können also besonders tiefe Frequenzen absorbiert werden.
• Mehrere Helmholtzresonator können aber auch als ein gemeinsames Helmholtzresonator-Bauteil ausgebildet, insbesondere dreidimensional gedruckt, sein. Dieses Bauteil kann dann insgesamt an die Fensterzwischenwand angesetzt werden, ohne dass eine einzelne Montage der verschiedenen Helmholtzresonatoren notwendig wäre. Auch in dieser Weise wird eine Vereinfachung von Montageaufwand erreicht. Ebenso kann auch in dieser Weise erreicht werden, dass die Helmholtzresonatoren in komplexer Weise angeordnet, insbesondere verschlungen sein können. Die Fensterzwischenwand kann dabei eine herkömmliche Fensterzwischenwand sein, die mit Löchern für die Helmholtzresonatoren versehen ist, sodass hierfür bestehende Fensterzwischenwand-Bauteile in einfacher Weise abgewandelt werden können.
• Wenn mehrere Helmholtzresonatoren in dem Fensterkomplex vorhanden sind, können diese auch verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen. Das bedeutet, dass über einen Frequenzbereich oder gezielt für einzelne Frequenzen eine breite Absorption erreicht werden kann.
• Es ist besonders effektiv, den Helmholtzresonator in der Fensterzwischenwand anzuordnen. Dort kann er in einfacher Weise integral mit dieser ausgebildet sein, er stört einen Ausblick aus dem Fenster nicht, wie er dies täte, wenn er an dem Innenfenster oder dem Außenfenster angeordnet wäre, und es besteht keine Gefahr von Beschädigungen, da er sich im zwischen der Innenverkleidung und der Außenwand gebildeten Zwischenraum befindet und dort vor mechanischen Einflüssen geschützt ist. Für seine Dämpfungswirkung notwendig ist aber nur, dass der Helmholtzresonator mit seinem offenen Ende Kontakt zu dem zwischen dem Außenfenster, dem Innenfenster und der Fensterzwischenwand gebildeten Zwischenraum hat.
• Die erfindungsgemäße Wand kann überall dort Einsatz finden, wo eine Schallübertragung von einer Seite einer mit Fenstern versehenen Wand zu einer anderen Seite, insbesondere von einem Außenraum in einen Zwischenraum, verringert und möglichst verhindert werden soll. Insbesondere in Betracht kommen hier Strukturen, die ohnehin zweilagig mit einer Außenwand und einer Innenverkleidung realisiert werden, wie dies insbesondere bei Leichtbaustrukturen der Fall ist. Die erfindungsgemäße Wand kann somit insbesondere an Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise kann sie eine Wand eines Eisenbahnwagens sein. Insbesondere kann aber ein Flugzeug die erfindungsgemäße schalldämpfende Wand aufweisen. Mit gegenüber herkömmlichen Wänden nicht oder nur geringfügig erhöhten Bauteilaufwand ist die schalldämpfende Wand zum einen besonders leicht, zum anderen effektiv in einer Großproduktion herzustellen, selbst wenn sie die bei einem Flugzeug übliche hohe Zahl an Fenstern aufweist.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
• Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Schalldämpfer oder Schalltilger die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Schalldämpfer oder Schalltilger, zwei Schalldämpfer oder Schalltilger oder mehr Schalldämpfer oder Schalltilger vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
• Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
• KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
• 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen schalldämpfenden Wand.
• 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der schalldämpfenden Wand gemäß 1 im Bereich des Fenstertrichters.
• 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der schalldämpfenden Wand gemäß 1 im Bereich eines Fensterkomplexes.
• FIGURENBESCHREIBUNG
• 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen schalldämpfenden Wand 1. Die Wand 1 ist hier abgerundet gezeigt, wie dies beispielsweise für eine Wand eines Flugzeugs oder eines Eisenbahnwagens der Fall wäre. Die Wand 1 weist eine Außenhaut 2 und eine Innenverkleidung 3 auf. Zwischen der Außenhaut 2 und der Innenverkleidung 3 ist ein Zwischenraum 4 gebildet. Die Außenhaut 2 kann beispielsweise aus Metall, einem Verbundwerkstoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen, das bei geringer Stärke eine hohe Stabilität aufweist. Die Innenverkleidung 3 kann aus einem Glasfasermaterial, einem Verbundstoff oder einem anderen Material bestehen. Der Zwischenraum 4 kann ganz oder teilweise mit einem Dämmmaterial, beispielsweise einem Schaum, gefüllt sein. Das Dämmmaterial kann sowohl zu einer Temperaturdämmung als auch zu einer Schalldämpfung beitragen.
• In die Außenhaut 2 ist ein Außenfenster 5 eingesetzt. In die Innenverkleidung 3 ist ein Innenfenster 6 eingesetzt. Außenfenster 5 und Innenfenster 6 sind mit einer Fensterzwischenwand 7 verbunden. Gemeinsam umschließen das Außenfenster 5, das Innenfenster 6 und die Fensterzwischenwand 7 einen Zwischenraum 8. Im Gegensatz zu dem Zwischenraum 4 kann der Zwischenraum 8 nicht mit einem Dämmmaterial gefüllt werden. Zwischen der Innenverkleidung 3 und dem Innenfenster 6 ist eine Dichtung 9 angeordnet. Damit schließt die Innenverkleidung 3 so an das Innenfenster 6 an, dass der Zwischenraum 8 an dieser Stelle vollständig abgeschlossen ist.
• Mit dem Außenfenster 5, dem Innenfenster 6, der Fensterzwischenwand 7 und der Dichtung 9 ist ein Fensterkomplex 10 gebildet.
• An der Fensterzwischenwand 7 sind Helmholtzresonatoren 11 angeordnet, die in Richtung auf den Zwischenraum 8 geöffnet sind. Die Helmholtzresonatoren 11 fungieren hier als Schalltilger 13 für Schallschwingungen in dem Zwischenraum 8. Sie können unterschiedlich sein, so dass sie unterschiedliche Frequenzen absorbieren. Dabei können sie als einzelne Bauteile oder als gemeinsames Bauteil an die Fensterzwischenwand 7 montiert sein oder einstückig mit der Fensterzwischenwand 7 ausgebildet sein.
• Zusätzlich kann die Dichtung 9 als Schalldämpfer 14 fungieren. Dazu kann die Dichtung 9 beispielsweise ein elastomeres oder viskoelastisches Material und/oder einen Schaum und ggf. zusätzlich eine ansteuerbare Schicht aufweisen. Dann kann die Dichtung 9 mindestens passiv schalldämpfend wirkend. Wenn sie mit einer ansteuerbaren Schicht versehen ist, kann sie auch aktiv schalldämpfend wirken. Wenn die Dichtung 9 mit einer ansteuerbaren Schicht versehen ist, kann außerdem der Fensterkomplex 10 aktiv angesteuert und so als Lautsprecher genutzt werden.
• Die Innenverkleidung 3 bildet einen Fenstertrichter 12 aus, indem sie in Richtung auf den Fensterkomplex 10 den Zwischenraum 4 verengt, so dass sie trichterförmig auf das Innenfenster 6 zuläuft. Ein Abstand des Innenfensters 6 von dem Außenfenster 5 ist somit geringer als ein Abstand der Innenverkleidung 3 von der Außenhaut 2 außerhalb des Fenstertrichters 12.
• Eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Fenstertrichters 12 ist in 2 gezeigt. Es ist in 2 zu erkennen, dass nicht nur der Fenstertrichter 12 insgesamt trichterförmig auf das Innenfenster 6 zuläuft, sondern dass sich im Bereich des Fenstertrichters 12 auch eine Wandstärke der Innenverkleidung 3 verändert. Zu erkennen ist, dass die Innenverkleidung 3 außerhalb des Fenstertrichters 12 eine normalerweise gleichförmige Wandstärke d₁ aufweist. Im Bereich des Fenstertrichters 12 verjüngt sich die Innenverkleidung 3 in Richtung auf das Innenfenster 6, bis sie eine minimale Wandstärke d₂ erreicht hat. Die Verjüngung kann exponentiell, aber auch linear erfolgen. Idealerweise sollte die Wandstärke d₂ null betragen. Dies ist in einer realen Umsetzung nicht möglich. Für die reale Umsetzung der erfindungsgemäßen Wand 1 ist es aber vollkommen ausreichend, wenn die Wandstärke d₂ lediglich sehr klein, d. h. so klein ist, wie dies bei einer Herstellung der Innenverkleidung 3 zu erreichen ist. Entscheidend ist der Abfall der Wandstärke im Verlauf des Fenstertrichters 12 bis zu einem hinreichend kleinen Wert d₂.
• In dieser Weise bildet der Fenstertrichter 12 ein akustisches schwarzes Loch, in dessen Zentrum das Innenfenster 6 bzw. der Fensterkomplex 10 liegt. Biegeschwingungen der Innenverkleidung 3 werden somit in das Zentrum des akustischen schwarzen Lochs geleitet, wobei sie in der Dichtung 9 dissipiert werden. Der gesamte Fenstertrichter 12 dient somit der Schalldämpfung in Bezug auf Schall, der entweder auf die Innenverkleidung 3 einwirkt und so diese in Biegeschwingungen versetzt oder erzeugt wird, indem die Innenverkleidung 3, beispielsweise durch Erschütterungen, in Biegeschwingungen versetzt wird.
• 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Wand 1 gemäß 1 im Bereich des Fensterkomplexes 10, wobei aus Klarheitsgründen die Außenwand 2 nicht dargestellt ist. Der vergrößerte Ausschnitt verdeutlicht noch einmal den Aufbau des Fensterkomplexes. Insbesondere wird deutlich, dass die Innenverkleidung 3 nur über die Dichtung 9 mit dem Fensterkomplex 10 verbunden ist. Nur so können die über dem Fenstertrichter 12 in Richtung auf den Fensterkomplex 10 gelenkten Biegeschwingungen in der Dichtung 9 vollständig dissipiert werden.
• Außerdem wird deutlich, dass die Helmholtzresonatoren 11 verschieden ausgestaltet sein können. Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Helmholtzresonatoren 11 Einsatz finden, soweit sie im Bereich der Fensterzwischenwand 7 angeordnet werden können. Gezeigt sind hier ein Helmholtzresonator 11a in einer kugeligen Form mit einem kurzen Hals und ein Helmholtzresonator 11b mit einem verlängerten Hals. Der Helmholtzresonator 11b dient aufgrund seines längeren Halses hier also zur Tilgung tieferer Frequenzen als der Helmholtzresonator 11a.
• Bezugszeichenliste

1

Wand

2

Außenhaut

3

Innenverkleidung

4

Zwischenraum

5

Außenfenster

6

Innenfenster

7

Fensterzwischenwand

8

Zwischenraum

9

Dichtung

10

Fensterkomplex

11

Helmholtzresonator

12

Fenstertrichter

13

Schalltilger

14

Schalldämpfer

Claims (10)

1. Schalldämpfende Wand (1) mit – einer Außenhaut (2), – einer Innenverkleidung (3) und – einem Fensterkomplex (10) mit – einem Außenfenster (5), das in die Außenhaut (2) eingesetzt ist, – einem Innenfenster (6), das in die Innenverkleidung (3) eingesetzt ist, wobei die Innenverkleidung (3) rund um das Innenfenster (6) einen Fenstertrichter (12) bildet, – einer Fensterzwischenwand (7), mit der das Außenfenster (5) und das Innenfenster (6) verbunden sind, – einer Dichtung (9), die zwischen der Innenverkleidung (3) und dem Innenfenster (6) angeordnet ist, und – einem Schalldämpfer (14) oder Schalltilger (13), dadurch gekennzeichnet, dass – der Fenstertrichter (12) eine in Richtung auf das Innenfenster (6) abnehmende Wandstärke aufweist, so dass er Biegeschwingungen der Innenverkleidung (3) nach dem Prinzip eines akustischen schwarzen Lochs in Richtung auf das Innenfenster (6) leitet.
2. Wand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (14) die Dichtung (9) ist, die schalldämpfend ist.
3. Wand (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schalldämpfende Dichtung (9) eine viskoelastische Schicht oder eine ansteuerbare Schicht aufweist.
4. Wand (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schalldämpfende Dichtung (9) mit einem intelligenten Schaum gebildet ist.
5. Wand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalltilger (13) ein Helmholtzresonator (11) ist.
6. Wand (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Helmholtzresonator (11) einstückig mit der Fensterzwischenwand (7) gedruckt ist.
7. Wand (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Helmholtzresonator (11) in der Fensterzwischenwand (7) angeordnet ist und dass die mehreren Helmholtzresonatoren (11) als ein Helmholtzresonator-Bauteil gedruckt sind.
8. Wand (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Helmholtzresonator (11) in der Fensterzwischenwand (7) angeordnet ist und dass die mehreren Helmholtzresonatoren (11) verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen.
9. Wand (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Helmholtzresonatoren (11) in der Fensterzwischenwand (7) angeordnet sind und dass die mehreren Helmholtzresonatoren (11) miteinander verschlungene Hälse aufweisen.
10. Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es eine schalldämpfende Wand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

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