DE102017205515B4 - Helmholtz resonator liner - Google Patents

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Abstract

Helmholtz-Resonator-Liner (1) zur Dämpfung akustischer Wellen, umfassend mindestens eine Bodenplatte (2), eine Deckplatte (3) und zwischen der mindestens einen Bodenplatte (2) und der mindestens einen Deckplatte (3) angeordnete Zellen (Z) mit mindestens einer Zellwand (8, 9), wobei mindestens die Deckplatte (3) Öffnungen (4) zu den Zellen (Z) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zellwand (8, 9) eine Tragstruktur (7) und mindestens einen Teilabschnitt aufweist, wobei die Tragstruktur (7) einen Fensterausschnitt (11) aufweist, der durch eine Folie aus Kunststoff verschlossen ist, wobei der mit der Folie verschlossene Fensterausschnitt (11) den Teilabschnitt der mindestens einen Zellwand (8, 9) bildet, der durch die Tragstruktur (7) gehalten wird, wobei der mindestens eine Teilabschnitt der mindestens einen Zellwand (8, 9) aus einem Material besteht, das eine intrinsische Materialdämpfung aufweist.

Figure DE102017205515B4_0000
Helmholtz resonator liner (1) for damping acoustic waves, comprising at least one base plate (2), a cover plate (3) and cells (Z) arranged between the at least one base plate (2) and the at least one cover plate (3) with at least a cell wall (8, 9), wherein at least the cover plate (3) has openings (4) to the cells (Z), characterized in that the at least one cell wall (8, 9) has a support structure (7) and at least one section , wherein the support structure (7) has a window cutout (11) which is closed by a film made of plastic, the window cutout (11) closed with the film forming the section of the at least one cell wall (8, 9) which is passed through the support structure (7) is held, wherein the at least one section of the at least one cell wall (8, 9) consists of a material that has an intrinsic material damping.
Figure DE102017205515B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Helmholtz-Resonator-Liner zur Dämpfung akustischer Wellen.The invention relates to a Helmholtz resonator liner for damping acoustic waves.

Die Installation passiver Schallabsorber z.B. an verschiedenen Teilen des Flugzeugtriebwerks ist seit vielen Jahren Stand der Technik. Dabei kommen im Einlaufbereich und im Nebenstrom-Kanal Schallabsorber zum Einsatz, die im Folgenden als Helmholtz-Resonator-Liner (HR-Liner) bezeichnet werden. Das eigentliche Wirkprinzip ist eine Mischung aus einem klassischen Helmholtz-Resonator und einem A/4-Resonator mit zusätzlicher akustischer Dämpfung bei der Durchströmung der Deckschicht.The installation of passive sound absorbers e.g. on different parts of the aircraft engine has been state of the art for many years. Sound absorbers, which are referred to below as Helmholtz resonator liners (HR liners), are used in the inlet area and in the bypass duct. The actual operating principle is a mixture of a classic Helmholtz resonator and an A / 4 resonator with additional acoustic damping when the air flows through the top layer.

Der typische Aufbau eines solchen Helmholtz-Resonator-Liners besteht aus einer Bodenplatte, einer Deckplatte und zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte angeordnete Zellen mit Zellwänden. Die Deckplatte besteht beispielsweise aus Titan, Aluminium oder Kompositmaterialien, wobei die Deckplatte Löcher zu den Zellen aufweist. Teilweise ist auf die Deckplatte zusätzlich noch ein Gewebeüberzug (z.B. Gaze) aufgebracht. Die Bodenplatte kann aus den gleichen Materialien bestehen. Die Zellen weisen beispielsweise eine Wabenstruktur auf und bestehen z.B. aus phenolharzgetränkten Papier-/Faserstrukturen, die bei geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweisen.The typical structure of such a Helmholtz resonator liner consists of a base plate, a cover plate and cells with cell walls arranged between the base plate and the cover plate. The cover plate consists, for example, of titanium, aluminum or composite materials, the cover plate having holes for the cells. In some cases, a fabric cover (e.g. gauze) is also applied to the cover plate. The base plate can be made of the same materials. The cells have, for example, a honeycomb structure and consist, for example, of paper / fiber structures impregnated with phenolic resin, which are lightweight and extremely rigid.

Das Grundprinzip eines Helmholtz-Resonator-Liners beruht auf der Schwingungsdämpfung eines Feder-Masse-Schwingers. Dabei stellt das große Luftvolumen in den Waben die Feder für die darüber liegende kleinere Luftmasse eines Loches in der Deckplatte dar. Wird diese Masse durch eintreffende Schallwellen zum Schwingen angeregt, verursachen Reibungsmechanismen an den Lochinnenflächen, Kompression und Expansion des Luftvolumens in den Zellen sowie Wirbelablösung an den Lochkanten die Umwandlung der anregenden Schallenergie in Wärme.The basic principle of a Helmholtz resonator liner is based on the vibration damping of a spring-mass oscillator. The large volume of air in the honeycomb acts as the spring for the smaller air mass above a hole in the cover plate. If this mass is stimulated to vibrate by incoming sound waves, friction mechanisms on the inner surfaces of the holes cause compression and expansion of the air volume in the cells as well as vortex shedding the edges of the holes convert the stimulating sound energy into heat.

Diese Helmholtz-Resonator-Liner weisen in der Regel ein eindeutiges akustisches Dämpfungsmaximum auf, das durch die geometrischen Abmessungen des Resonatorvolumens und der Deckplatte bestimmt wird und zu einer signifikanten akustischen Dämpfung nur über einen wenige hundert Hertz umfassenden Frequenzbereich führt. Die Dämpfung tiefer Frequenzen erfordert bei dem bekannten Helmholtz-Resonator-Liner sehr große Zellvolumina. Der in Flugtriebwerksgondeln nur eingeschränkt zur Verfügung stehende Bauraum steht in Konflikt mit den für tiefe Frequenzen erforderlichen Resonator-Zellgrößen.These Helmholtz resonator liners usually have a clear acoustic damping maximum, which is determined by the geometric dimensions of the resonator volume and the cover plate and leads to significant acoustic damping only over a frequency range of a few hundred Hertz. The attenuation of low frequencies in the known Helmholtz resonator liner requires very large cell volumes. The installation space that is only available to a limited extent in aircraft engine nacelles conflicts with the resonator cell sizes required for low frequencies.

Aus der WO 2016/033749 A1 ist eine Anordnung zur Schalldämpfung bekannt, mit einer Vielzahl von benachbarten Zellen, wobei die Zellen durch einen starren Rahmen gebildet werden. An dem starren Rahmen sind schwingfähige Membranen befestigt. Die Membranen sind beispielsweise aus Metall mit Zusatzmassen ausgebildet, um einen Feder-Masse-Schwinger zu bilden, wobei die Membranen diagonal durch die Zellen verlaufen.From the WO 2016/033749 A1 an arrangement for sound attenuation is known, with a plurality of adjacent cells, the cells being formed by a rigid frame. Oscillating membranes are attached to the rigid frame. The membranes are made, for example, of metal with additional masses in order to form a spring-mass oscillator, the membranes running diagonally through the cells.

Aus der US 2006/0219477 A1 ist eine Anordnung zur Schalldämpfung bekannt, mit einer Vielzahl von benachbarten Zellen, wobei die Zellen durch einen wabenförmigen starren Rahmen gebildet werden. In die Zellen sind Gewebe aus akustisch wirksamem (dämpfendem) Material eingeklebt, die die Zelle in zwei oder mehr Teilvolumina unterteilen und zu einer - gegenüber dem klassischen Helmholtz-Resonator- verbesserten akustischen Dämpfung führen.From the US 2006/0219477 A1 an arrangement for sound attenuation is known, with a plurality of adjacent cells, the cells being formed by a honeycomb-shaped rigid frame. Tissues made of acoustically effective (damping) material are glued into the cells, which divide the cell into two or more partial volumes and lead to improved acoustic damping compared to the classic Helmholtz resonator.

Aus der FR 2 941 191 A1 ist ein Helmholtz-Resonator-Liner zur Dämpfung akustischer Wellen bekannt, umfassend mindestens eine Bodenplatte, mindestens eine Deckplatte und zwischen der mindestens einen Bodenplatte und der mindestens einen Deckplatte angeordneten Zellen mit mindestens einer Zellwand. Dabei weist die Deckplatte Öffnungen zu den Zellwänden auf. Dabei sind die Zellwände über ein viskoelastisches Material mit der Deckplatte verbunden, was eine mechanische Entkopplung bewirkt und Strukturschwingungen dämpft.From the FR 2 941 191 A1 a Helmholtz resonator liner for damping acoustic waves is known, comprising at least one base plate, at least one cover plate and cells with at least one cell wall arranged between the at least one base plate and the at least one cover plate. The cover plate has openings to the cell walls. The cell walls are connected to the cover plate via a viscoelastic material, which causes mechanical decoupling and dampens structural vibrations.

Aus der JP 2007-230 130 A ist ein ähnlicher Helmholtz-Resonator-Liner bekannt. Dabei sind die Zellen mit einem Schaum mit einer intrinsischen Materialdämpfung gefüllt.From the JP 2007-230 130 A a similar Helmholtz resonator liner is known. The cells are filled with a foam with an intrinsic material damping.

Der hier beschriebenen Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Helmholtz-Resonator-Liner zu schaffen, der über einen größeren Frequenzbereich ein verbessertes akustisches Dämpfungsverhalten aufweist.The invention described here is based on the technical problem of creating a Helmholtz resonator liner which has an improved acoustic damping behavior over a larger frequency range.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch einen Helmholtz-Resonator-Liner mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from a Helmholtz resonator liner with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Der Helmholtz-Resonator-Liner zur Dämpfung akustischer Wellen umfasst mindestens eine Bodenplatte, mindestens eine Deckplatte und zwischen der mindestens einen Bodenplatte und der mindestens einen Deckplatte angeordnete Zellen mit mindestens einer Zellwand, wobei mindestens die Deckplatte Öffnungen zu den Zellen aufweist. Die mindestens eine Zellwand weist mindestens eine Tragstruktur und einen Teilabschnitt auf, der aus einem Material besteht, das eine intrinsische Materialdämpfung aufweist. Der durch den Schall angeregte Teilabschnitt der Zellwand und die intrinsische Dämpfung des Materials führen zu einer zusätzlichen Dissipation akustischer Energie in Wärme. Durch die Wahl geeigneter Materialien in Form von Folien aus Kunststoff kann dabei über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich die Dämpfung signifikant verbessert werden. Die Tragstruktur dient dabei nur der mechanischen Stabilität der Struktur insgesamt und zum Halten des Teilabschnitts, trägt aber selbst nicht wesentlich zur Dämpfung bei. Dabei weist die Tragstruktur einen Fensterausschnitt auf, der durch die Folie aus Kunststoff verschlossen ist, wobei der mit der Folie verschlossene Fensterausschnitt den Teilabschnitt der mindestens einen Zellwand bildet. Das Material ist vorzugsweise biegeweich, sodass der Teilabschnitt schwingungsfähig ist.The Helmholtz resonator liner for damping acoustic waves comprises at least one base plate, at least one cover plate and cells with at least one cell wall arranged between the at least one base plate and the at least one cover plate, at least the cover plate having openings to the cells. The at least one cell wall has at least one support structure and a subsection which consists of a material that has intrinsic material damping. The one excited by the sound Part of the cell wall and the intrinsic damping of the material lead to an additional dissipation of acoustic energy into heat. By choosing suitable materials in the form of plastic foils, the attenuation can be significantly improved over a wide temperature and frequency range. The support structure is only used for the mechanical stability of the structure as a whole and to hold the subsection, but does not itself contribute significantly to damping. The support structure has a window cutout which is closed by the plastic film, the window cutout closed with the film forming the section of the at least one cell wall. The material is preferably flexible, so that the section is capable of vibrating.

In einer Ausführungsform ist der Verlustfaktor tan δ des Materials in einem Temperaturbereich von -50°C bis 50°C größer 0,04. Dabei kann der Verlustfaktor bei einzelnen Temperaturen bzw. Temperaturbereichen erheblich größer sein und beispielsweise größer als 1 sein. Der Verlustfaktor tan δ ist dabei definiert als das Verhältnis von Verlustmodul E'' zu Speichermodul E' mit E*=E'+iE'' mit |E*|= σA/εA, wobei σA die Spannung und εA, die dazugehörige Dehnung des Materials ist. Der Verlustfaktor tan δ kann z.B. aus einer dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) bestimmt werden.In one embodiment, the loss factor tan δ of the material in a temperature range from -50 ° C. to 50 ° C. is greater than 0.04. The loss factor at individual temperatures or temperature ranges can be considerably greater and, for example, greater than 1. The loss factor tan δ is defined as the ratio of loss modulus E '' to storage modulus E 'with E * = E' + iE '' with | E * | = σ A / ε A , where σ A is the voltage and ε A , is the associated elongation of the material. The loss factor tan δ can be determined, for example, from a dynamic mechanical analysis (DMA).

In einer weiteren Ausführung liegt eine Eigenfrequenz des biegeweichen Teilabschnittes der mindestens einen Zellwand, der aus dem Material mit der intrinsischen Dämpfung besteht, zwischen dem 0,2-fachen und 5 fachen der eindeutigen Helmholtz-Resonanzfrequenz, die sich aus den geometrischen Abmessungen der Zellgeometrie und der Deckschicht der betrachteten Zelle ergibt.In a further embodiment, a natural frequency of the flexible subsection of the at least one cell wall, which consists of the material with the intrinsic damping, is between 0.2 times and 5 times the unambiguous Helmholtz resonance frequency, which is derived from the geometric dimensions of the cell geometry and the top layer of the cell under consideration.

In einer weiteren Ausführung liegt die breitenbezogene Biegesteifigkeit S = |E *|·h3/12 (nach DIN53121) des Materials des Teilabschnittes bei 0,05 Nmm bis 10 Nmm. Dabei ist h die Dicke (Materialstärke) des Teilabschnitts.E * | | · h 3/12 (according to DIN53121) of the material of the partial section at 0.05 N-mm to 10 Nmm, in a further embodiment, the width-related bending stiffness S = lies. Here, h is the thickness (material thickness) of the subsection.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Tragstruktur ein Speichermodul von größer 10 GPa auf, wobei das Verlustmodul vernachlässigbar klein ist (<10-3) Die Materialstärke der Tragstruktur liegt beispielsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm, um eine ausreichende Festigkeit zu erreichen.In a further embodiment, the support structure has a storage module greater than 10 GPa, the loss modulus being negligibly small (<10 -3 ). The material thickness of the support structure is between 0.5 mm and 2 mm, for example, in order to achieve sufficient strength.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Material des Teilabschnittes ein Speichermodul von 1 MPa bis 1.000 MPa im Temperaturbereich von -50°C bis 50°C auf.In a further embodiment, the material of the subsection has a storage modulus of 1 MPa to 1,000 MPa in the temperature range from -50 ° C to 50 ° C.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Teilabschnitt eine Materialstärke zwischen 100 µm und 1.000 µm auf.In a further embodiment, the partial section has a material thickness between 100 μm and 1,000 μm.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Material des Teilabschnitts ein thermoplastisches Polyurethan oder ein Epoxidharz mit langkettigen Aminen als Härterkomponente. Diese zeichnen sich durch einen breiten polymeren Übergang aus. Bei der Ausführungsform mit Epoxidharz kann dabei durch die Härterkomponenten gezielt die Glasübergangstemperatur (wo tan δ sein Maximum aufweist) verschoben werden. Grundsätzlich sind aber auch andere Kunststoffe und Materialien mit entsprechenden Parametern verwendbar.In a further embodiment, the material of the subsection is a thermoplastic polyurethane or an epoxy resin with long-chain amines as hardener component. These are characterized by a broad polymer transition. In the embodiment with epoxy resin, the hardener components can specifically shift the glass transition temperature (where tan δ has its maximum). In principle, however, other plastics and materials with corresponding parameters can also be used.

In einer weiteren Ausführung liegen zwischen den akustisch wirksamen Zellen, die durch Öffnungen in der Deckplatte mit dem Strömungskanal verbunden sind, Bereiche, die nicht mit dem Strömungskanal verbunden sind und dadurch eine erhöhte Auslenkung der Teilabschnitte ermöglichen.In a further embodiment, between the acoustically effective cells which are connected to the flow channel through openings in the cover plate, there are areas which are not connected to the flow channel and thus enable an increased deflection of the subsections.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Zellen einen rechteckförmigen Querschnitt auf, wobei mindestens zwei gegenüberliegende Zellwände Teilabschnitte mit dem Kunststoff aufweisen, wobei die Abschnitte vorzugsweise senkrecht zur Hauptschallausbreitungsrichtung angeordnet sind.In a further embodiment, the cells have a rectangular cross-section, with at least two opposing cell walls having partial sections with the plastic, the sections preferably being arranged perpendicular to the main direction of sound propagation.

In einer weiteren Ausführungsform weisen alle Zellwände Teilabschnitte mit dem Material auf. Die Ausführungsform kommt insbesondere zur Anwendung, wenn komplexe Schallfelder mit verschiedenen Schallausbreitungsrichtungen existieren.In a further embodiment, all of the cell walls have sections with the material. The embodiment is used in particular when complex sound fields with different directions of sound propagation exist.

Dabei sei weiter angemerkt, dass die Zellen grundsätzlich verschiedene Formen aufweisen können. Neben der beschriebenen Rechteckform kommen beispielsweise auch Sechsecke (Wabenstruktur) oder Zylinder (nur eine Zellwand) infrage.It should also be noted that the cells can basically have different shapes. In addition to the rectangular shape described, hexagons (honeycomb structure) or cylinders (only one cell wall) are also possible.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einsatz in Flugzeugtriebwerken.A preferred field of application is use in aircraft engines.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verlustfaktors (Stand der Technik),
  • 2 eine perspektivische Darstellung eines Helmholtz-Resonator-Liners,
  • 3 eine perspektivische Darstellung eines Helmholtz-Resonator-Liners ohne Deckplatte,
  • 4 eine weitere perspektivische Darstellung des Helmholtz-Resonator-Liners ohne Deckplatte,
  • 5 eine Vorderansicht einer Tragstruktur für mehrere Zellwände,
  • 6 eine perspektivische Darstellung eines Helmholtz-Resonator-Liners mit unverbundenen Zwischenräumen und
  • 7 eine perspektivische Darstellung eines Helmholtz-Resonator-Liners mit unverbundenen Zwischenräumen ohne Deckplatte.
The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment. The figures show:
  • 1 a schematic representation to explain the loss factor (state of the art),
  • 2 a perspective view of a Helmholtz resonator liner,
  • 3 a perspective view of a Helmholtz resonator liner without a cover plate,
  • 4th another perspective view of the Helmholtz resonator liner without cover plate,
  • 5 a front view of a support structure for several cell walls,
  • 6th a perspective view of a Helmholtz resonator liner with unconnected spaces and
  • 7th a perspective view of a Helmholtz resonator liner with unconnected spaces without a cover plate.

Bevor der erfindungsgemäße Helmholtz-Resonator-Liner näher erläutert wird, sollen zunächst einige Begrifflichkeiten geklärt werden.Before the Helmholtz resonator liner according to the invention is explained in more detail, a few terms should first be clarified.

Die intrinsische Dämpfung ist eine Materialeigenschaft und kann z.B. durch Verlustfaktor und Verlustmodul beschrieben werden. Für die Bestimmung des Verlustfaktors wird z.B. die Dynamisch-Mechanische-Analyse (DMA) genutzt, bei der die Probe sinusförmig verformt (in Zug, Druck, Biegung oder Torsion) und die resultierende (sinusförmige) Verformung (Dehnung) gemessen wird. Die Messung erfolgt bei Kunststoffen in der Regel in Abhängigkeit von der Temperatur. Das Verhältnis der Spannung σA und der Dehnung εA, ist der komplexe Elastizitätsmodul des Materials E* = E' + i E'' mit |E*| = σA/εA.The intrinsic damping is a material property and can be described, for example, by the loss factor and loss modulus. For example, dynamic mechanical analysis (DMA) is used to determine the loss factor, in which the sample is sinusoidally deformed (in tension, compression, bending or torsion) and the resulting (sinusoidal) deformation (elongation) is measured. In the case of plastics, the measurement is usually carried out as a function of the temperature. The ratio of the stress σ A and the elongation ε A is the complex modulus of elasticity of the material E * = E '+ i E''with | E * | = σ A / ε A.

Treten innere Verluste im Material auf, kommt es zu einer Phasenverschiebung δ zwischen Spannung und Dehnung. Der Tangens der Phasenverschiebung zwischen beiden sinusförmigen Signalen (tan δ) ist dabei das Verhältnis von Verlustmodul E'' zu Speichermodul E' und wird auch als Verlustfaktor bezeichnet.If internal losses occur in the material, there is a phase shift δ between stress and strain. The tangent of the phase shift between the two sinusoidal signals (tan δ) is the ratio of loss modulus E '' to storage modulus E 'and is also referred to as the loss factor.

Elastische Materialien wie z.B. Metalle besitzen nur einen sehr geringen Verlustmodul. Der Verlustfaktor liegt bei 10-4 und ist praktisch vernachlässigbar. Zwischen Spannung σA und Dehnung εA, gibt es keine signifikante Phasenverschiebung. Der komplexe Elastizitätsmodul reduziert sich auf den Speichermodul (tabellierte Werte, z.B. für Aluminium -70.000 MPa).Elastic materials such as metals only have a very low loss modulus. The loss factor is 10 -4 and is practically negligible. There is no significant phase shift between stress σ A and strain ε A. The complex modulus of elasticity is reduced to the storage modulus (tabulated values, e.g. for aluminum -70,000 MPa).

Bei Polymeren und Kunststoffen kommt es zwischen dem energieelastischen Bereich und dem entropieelastischen Bereich zu einem polymeren Übergang, dem sogenannten Glasübergang. In diesem Bereich gibt es eine deutliche Phasenverschiebung zwischen Spannung σA und Dehnung εA, d.h. signifikante intrinsische Dämpfung. Diese intrinsische Dämpfung im Bereich des Glasübergangs soll für die Erfindung ausgenutzt werden. Die Temperatur, bei der das Maximum des Verlustfaktors auftritt, wird auch als Glasübergangstemperatur oder vereinfacht als Glastemperatur bezeichnet. Je nach Einheitlichkeit der Netzwerkstruktur des Polymers kann der Glasübergang über einen engen oder einen sehr weiten Temperaturbereich erfolgen.In the case of polymers and plastics, there is a polymer transition, the so-called glass transition, between the energy-elastic area and the entropy-elastic area. In this area there is a clear phase shift between stress σ A and strain ε A , ie significant intrinsic damping. This intrinsic attenuation in the area of the glass transition should be used for the invention. The temperature at which the maximum loss factor occurs is also referred to as the glass transition temperature or, more simply, the glass transition temperature. Depending on the uniformity of the network structure of the polymer, the glass transition can take place over a narrow or a very wide temperature range.

Der Verlustfaktor von Kunststoffen ist temperatur- und frequenzabhängig. Für die Erfindung werden Kunststoffe verwendet, die für die Resonator-Resonanzfrequenz (Helmholtz-Resonanz) im Temperaturbereich -50°C...50°C (Einsatzbereich des Liners) ein tan δ >0,04 aufweisen, d.h. einen sehr breiten Glasübergang aufweisen. Je nach Kunststoff sind Maximalwerte des Verlustfaktors von über 1 möglich.The loss factor of plastics is temperature and frequency dependent. For the invention, plastics are used which have a tan δ> 0.04 for the resonator resonance frequency (Helmholtz resonance) in the temperature range -50 ° C ... 50 ° C (application range of the liner), ie have a very broad glass transition . Depending on the plastic, maximum values of the loss factor of over 1 are possible.

Der erfindungsgemäße Helmholtz-Resonator-Liner 1 soll nun anhand der 2 bis 5 näher erläutert werden. Der Helmholtz-Resonator-Liner 1 umfasst eine Bodenplatte 2, eine Deckplatte 3 mit Öffnungen 4 in Form von Löchern sowie Tragstrukturen 5, 6 und 7. The Helmholtz resonator liner according to the invention 1 should now be based on the 2 until 5 are explained in more detail. The Helmholtz resonator liner 1 includes a base plate 2 , a cover plate 3 with openings 4th in the form of holes and supporting structures 5 , 6th and 7th .

Die Bodenplatte 2 und die Deckplatte 3 sind beispielsweise aus Titan, Aluminium oder einem geeigneten Kunststoff ausgebildet. Die Tragstrukturen 5 sind dabei in Längsrichtung L des Helmholtz-Resonator-Liners 1 ausgerichtet, wohingegen die Tragstrukturen 6 und 7 in Querrichtung Q ausgerichtet sind. Die Tragstrukturen 5 und die Tragstrukturen 6, 7 stehen dabei zueinander senkrecht und bilden Zellen Z aus, die einen rechteckförmigen bzw. nahezu quadratischen Querschnitt aufweisen. Jeweils Teilabschnitte der Tragstrukturen 5-7 bilden dabei Zellwände 8, 9 aus. Die Tragstrukturen 5-7 dienen insbesondere der mechanischen Stabilität des Helmholtz-Resonator-Liners 1. Als Material kommen vorzugsweise Materialien mit einem Speichermodul E' von größer 10 GPa zur. Die Materialstärke (Wanddicke) liegt bei beispielsweise 0,5 mm bis 2 mm und kann je nach Anwendungsfall größer oder kleiner sein. Dabei sind die Tragstrukturen 5 und 6 als rechteckförmige Platten ausgebildet. Die Tragstrukturen 6 schließen dabei den Helmholtz-Resonator-Liner 1 in Längsrichtung L ab. Die Tragstrukturen 6 und 7 weisen Schlitze 10 auf, in die die Tragstrukturen 5 eingesteckt werden können (siehe 5). Im Gegensatz zu den Tragstrukturen 6 weisen die Tragstrukturen 7 zusätzlich Fensterausschnitte 11 auf. Dabei liegen die Fensterausschnitte 11 von einander gegenüberliegenden Tragstrukturen 7 fluchtend zueinander. Diese Fensterausschnitte 11 werden nun durch Folien aus Kunststoff mit einer intrinsischen Dämpfung geschlossen, indem beispielsweise die Folie auf die Tragstrukturen 7 aufgeklebt wird. Die mit der Folie verschlossenen Fensterausschnitte 11 stellen Teilabschnitte der Zellwände 9 dar. Durch die Schalldruckschwankung in der Zelle kommt es zu einer Schwingung der Kunststoff-Folien. Dies bewirkt zusammen mit der intrinsischen Dämpfung des Kunststoffs die zusätzliche Dissipation von akustischer Energie durch Umwandlung in Wärme. Diese Anwendung kommt insbesondere zur Anwendung, wenn die Hauptausbreitung der akustischen Wellen in Längsrichtung L erfolgt.The bottom plate 2 and the cover plate 3 are made, for example, of titanium, aluminum or a suitable plastic. The supporting structures 5 are in the longitudinal direction L of the Helmholtz resonator liner 1 aligned, whereas the supporting structures 6th and 7th are aligned in the transverse direction Q. The supporting structures 5 and the supporting structures 6th , 7th are perpendicular to one another and form cells Z which have a rectangular or almost square cross-section. In each case subsections of the supporting structures 5-7 thereby form cell walls 8th , 9 the end. The supporting structures 5-7 serve in particular the mechanical stability of the Helmholtz resonator liner 1 . The material used is preferably materials with a storage modulus E 'of greater than 10 GPa. The material thickness (wall thickness) is, for example, 0.5 mm to 2 mm and can be larger or smaller depending on the application. Here are the supporting structures 5 and 6th designed as rectangular plates. The supporting structures 6th close the Helmholtz resonator liner 1 in the longitudinal direction L. The supporting structures 6th and 7th have slots 10 on into which the supporting structures 5 can be plugged in (see 5 ). In contrast to the supporting structures 6th show the supporting structures 7th additional window cutouts 11 on. The window cutouts are located here 11 of opposing supporting structures 7th aligned with each other. These window cutouts 11 are now closed by foils made of plastic with intrinsic damping, for example by placing the foil on the support structures 7th is glued on. The window cutouts closed with the foil 11 represent sections of the cell walls 9 The fluctuations in sound pressure in the cell cause the plastic foils to vibrate. Together with the intrinsic damping of the plastic, this causes the additional dissipation of acoustic energy by converting it into heat. This application is used in particular when the main propagation of the acoustic waves takes place in the longitudinal direction L.

In einer alternativen Ausführungsform werden die Tragstrukturen 7 mit Fensterausschnitten 11 so angeordnet, dass zwischen den Zellen Z die durch Öffnungen 4 mit dem Strömungskanal verbunden sind, weitere Zwischenräume 12 liegen, die nicht durch Löcher 4 mit dem Strömungskanal verbunden sind (6 und 7). Hierbei können die biegeweichen Teilabschnitte aus Kunststoff oder ähnlichen Materialien besonders gut zu Schwingungen angeregt werden, da die Auslenkung der Teilabschnitte nicht durch die Druckschwankungen in den benachbarten Zellen Z behindert wird. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Zwischenräume 12 in Querrichtung Q. Es sind aber Ausführungsformen möglich, wo zusätzlich Zwischenräume 12 in Längsrichtung L vorgesehen sein können. Die Abstimmung von Biegesteifigkeiten und Folienmaterial kann dabei so gewählt werden, dass die Resonanzfrequenz in der gleichen Größenordnung wie die Helmholtz-Resonanzfrequenz der Zelle liegt (0,2-5fache der Resonanzfrequenz). Dadurch wird eine besonders gute Anregung zu Schwingungen erreicht.In an alternative embodiment, the support structures 7th with window cutouts 11 arranged so that between the cells Z through openings 4th are connected to the flow channel, further spaces 12th that do not lie through holes 4th connected to the flow channel ( 6th and 7th ). Here, the flexible sections made of plastic or similar materials can be particularly well excited to vibrate, since the deflection of the sections is not hindered by the pressure fluctuations in the neighboring cells Z. In the embodiment shown, the spaces extend 12th in the transverse direction Q. However, embodiments are possible where there are additional spaces 12th can be provided in the longitudinal direction L. The coordination of flexural stiffness and film material can be selected so that the resonance frequency is in the same order of magnitude as the Helmholtz resonance frequency of the cell (0.2-5 times the resonance frequency). In this way, a particularly good stimulation of vibrations is achieved.

Der Kunststoff weist dabei vorzugsweise einen Verlustfaktor von tan δ des komplexeren Elastizitätsmoduls E* in einem Temperaturbereich von -50°C bis 50°C von größer 0,05 bei einer Frequenz von 1 Hz auf. Das Speichermodul E' liegt dabei vorzugsweise bei 1 MPa bis 1.000 MPa. Durch einen derartigen Kunststoff lässt sich die Dämpfung signifikant über einen größeren Frequenz- und Temperaturbereich erzielen.The plastic preferably has a loss factor of tan δ of the more complex modulus of elasticity E * in a temperature range from -50 ° C. to 50 ° C. of greater than 0.05 at a frequency of 1 Hz. The storage modulus E 'is preferably 1 MPa to 1,000 MPa. With such a plastic, the attenuation can be achieved significantly over a larger frequency and temperature range.

Claims (11)

Helmholtz-Resonator-Liner (1) zur Dämpfung akustischer Wellen, umfassend mindestens eine Bodenplatte (2), eine Deckplatte (3) und zwischen der mindestens einen Bodenplatte (2) und der mindestens einen Deckplatte (3) angeordnete Zellen (Z) mit mindestens einer Zellwand (8, 9), wobei mindestens die Deckplatte (3) Öffnungen (4) zu den Zellen (Z) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zellwand (8, 9) eine Tragstruktur (7) und mindestens einen Teilabschnitt aufweist, wobei die Tragstruktur (7) einen Fensterausschnitt (11) aufweist, der durch eine Folie aus Kunststoff verschlossen ist, wobei der mit der Folie verschlossene Fensterausschnitt (11) den Teilabschnitt der mindestens einen Zellwand (8, 9) bildet, der durch die Tragstruktur (7) gehalten wird, wobei der mindestens eine Teilabschnitt der mindestens einen Zellwand (8, 9) aus einem Material besteht, das eine intrinsische Materialdämpfung aufweist.Helmholtz resonator liner (1) for damping acoustic waves, comprising at least one base plate (2), a cover plate (3) and cells (Z) arranged between the at least one base plate (2) and the at least one cover plate (3) with at least a cell wall (8, 9), wherein at least the cover plate (3) has openings (4) to the cells (Z), characterized in that the at least one cell wall (8, 9) has a support structure (7) and at least one section , wherein the support structure (7) has a window cutout (11) which is closed by a film made of plastic, the window cutout (11) closed with the film forming the section of the at least one cell wall (8, 9) which is passed through the support structure (7) is held, wherein the at least one section of the at least one cell wall (8, 9) consists of a material that has an intrinsic material damping. Helmholtz-Resonator-Liner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlustfaktor tan δ des Kunststoffs in einem Temperaturbereich von -50°C bis 50°C größer 0,04 ist.Helmholtz resonator liner according to Claim 1 , characterized in that the loss factor tan δ of the plastic in a temperature range of -50 ° C to 50 ° C is greater than 0.04. Helmholtz-Resonator-Liner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigenfrequenz des Teilabschnittes der Zellwand (8,9), der aus einem Material mit der intrinsischen Dämpfung besteht, zwischen dem 0,2-fachen und 5-fachen der eindeutigen Helmholtz-Resonanzfrequenz liegt, die sich aus den geometrischen Abmessungen der Zellgeometrie und der Deckschicht der betrachteten Zelle ergibt.Helmholtz resonator liner according to Claim 1 or 2 , characterized in that a natural frequency of the section of the cell wall (8,9), which consists of a material with the intrinsic damping, is between 0.2 times and 5 times the unique Helmholtz resonance frequency, which is derived from the geometric Dimensions of the cell geometry and the top layer of the cell under consideration results. Helmholz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die breitenbezogene Biegesteifigkeit S = E * h3/12 des Teilabschnittes der Zellwand (8, 9) 0,05 Nmm bis 10 Nmm beträgt.Helmholz resonator liner of the partial section of the cell wall (8, 9) is 0.05 to 10 Nmm Nmm according to any one of the preceding claims, characterized in that the width-related bending stiffness S = E * h 3/12. Helmholz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (5, 6, 7) ein Speichermodul von größer 10 GPa aufweist.Helmholz resonator liner according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting structure (5, 6, 7) has a storage module of greater than 10 GPa. Helmholtz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Teilabschnittes ein Speichermodul von 1 MPa bis 1.000 MPa aufweist.Helmholtz resonator liner according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the subsection has a storage modulus of 1 MPa to 1,000 MPa. Helmholtz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Materialstärke zwischen 100 µm und 1.000 µm aufweist.Helmholtz resonator liner according to one of the preceding claims, characterized in that the material has a material thickness between 100 µm and 1,000 µm. Helmholtz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein thermoplastisches Polyurethan oder ein Epoxidharz mit langkettigen Aminen als Härterkomponente ist.Helmholtz resonator liner according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a thermoplastic polyurethane or an epoxy resin with long-chain amines as hardener component. Helmholtz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den akustisch wirksamen Zellen (Z), die durch Öffnungen (4) in der Deckplatte (2) mit dem Strömungskanal verbunden sind, sich Zwischenbereiche (12) befinden, die nicht mit dem Strömungskanal verbunden sind.Helmholtz resonator liner according to one of the preceding claims, characterized in that between the acoustically effective cells (Z) which are connected to the flow channel through openings (4) in the cover plate (2) there are intermediate areas (12) which are not connected to the flow channel. Helmholtz-Resonator-Liner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (Z) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, wobei mindestens zwei gegenüberliegende Zellwände (9) Teilabschnitte mit dem Material aufweisen.Helmholtz resonator liner according to one of the preceding claims, characterized in that the cells (Z) have a rectangular cross-section, with at least two opposing cell walls (9) having partial sections with the material. Helmholz-Resonator-Liner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zellenwände (8, 9) Teilabschnitte mit dem Material aufweisen.Helmholz resonator liner according to Claim 10 , characterized in that all cell walls (8, 9) have sections with the material.
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