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Einrichtung zur Geräuschminderung bei Transformatoren und Drosselspulen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geräuschminderung bei Transformatoren
und Drosselspulen mit versteiftem Kessel und zwischen den Versteifungen liegenden
Dämmfächern, die im Anschluß an die Kesselwand eine Luftschicht, eine Membran mit
einer anliegenden Schicht aus schalldämmendem Material und einer an dieser anschließenden,
zur Kesselwand parallelen Außenwand, die zusammen mit der Membran an den Kesselversteifungen
in schallisolierender Weise befestigt ist, aufweisen. Schalldämpfende Einrichtungen
dieser Art sind bekannt, wobei die Dämmfächer aus einer durch einen freien Luftraum
von der Kesselwand getrennten Membran, einer gegen diese Membran liegenden Schicht
aus schalldämmendem Material und einer gegen diese Schicht liegenden Metallaußenwand
bestehen. Auch sind bereits an der Innenseite des Kessels Dämmfächer angeordnet
worden, die entweder aus einer nur mit Luft gefüllten öldichten Dose, deren Außenwand
durch die Kesselwand gebildet und deren Innenwand elastisch mit der Kesselwand verbunden
ist, oder aus einer solchen Dose mit einer gegen ihre Innenwand liegenden, durch
einen Luftraum von der Kesselwand getrennten Schicht aus Schallschluckstoffen bestehen.
Solche im Kessel vorhandenen Dämmfächer müssen öldicht sein, sind schwer anzuordnen
und erfordern einen größeren und daher teureren Kessel. Die letzterwähnte bekannte
Ausführung hat außerdem den Nachteil, daß die Schicht aus schalldämmendem Stoff
unmittelbar an einer Seite der Membran anliegt, an deren anderen Seite sich das
Öl im Kessel befindet.
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Wird ein solches Dämmfach, das aus einer metallenen Innenwand, einem
Luftraum, einer Schicht aus schalldämmendem Stoff und einer metallenen Außenwand
besteht, derart angeordnet, daß die Übertragung des Schalles an den Stellen, an
denen dieses mit der Kesselwand verbunden ist (Kontaktübertragung), vernachlässigt
werden kann, so hat es sich gezeigt, daß die Schallverminderung durch Verwendung
von Dämmfächern, welche als Differenz zwischen dem Schallniveau des Transformators
ohne Schalldämmung und dem Schallniveau des Transformators mit Dämmfächern definiert
ist, für den Schall mit Wellenlängen, die kleiner als die Strecke zwischen der Kesselwand
und der Außenwand sind, mit guter Annäherung der Formel G1 = (1w -f- 10 log
a) Dezibel und für den Schall mit Wellenlängen, die größer als die Strecke zwischen
diesen Wänden sind, einer Kombination dieser ersten Formel und der Formel
entspricht. In diesen Formeln ist Iw Schalldämmzahl des Dämmfaches, welche als Differenz
zwischen dem Schallniveau des die Dämmfachwand beaufschlagenden Schalles und dem
Schallniveau hinter dieser Wand definiert ist. Diese Schalldämmzahl ist von der
Masse jeder Oberflächeneinheit der Dämmfachwand und von der Schallfrequenz abhängig
und wird im allgemeinen bei zunehmender Masse und zunehmender Frequenz größer, so
daß zur Dämmung der niedrigeren Harmonischen des Schalles diese Wand schwerer als
für die höheren Harmonischen ausgeführt werden muß.
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a ist der Schallschluckkoeffizient des Dämmfaches, Welcher als Verhältnis
zwischen der auf die Dämmfachwand auftreffenden Schalleistung und der von dieser
vernichteten Schalleistung definiert ist. Wo ist die Wellenimpedanz der Luft, und
Z, ist die Impedanz des außerhalb der Kesselwand vorhandenen geschlossenen Luftraumes
für von der Kesselwand zur Außenwand gerichteten Schall. Da die Werte a und
meistens kleiner als Eins sind, wird der erzeugte Schall im geschlossenen Raum außerhalb
der Kesselwand aufgeschaukelt, wodurch die Schallverminderung kleiner wird als die
Schalldämmzahl I. der Außenwand. Dies geht aus den obigen Formeln hervor, denn sind
die Werte a und -
kleiner als Eins, so sind die logarithmischen
Glieder dieser Formeln
negativ. Für eine größere Schallverminderungmuß man daher versuchen, die Werte a
und zu vergrößern.
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Zu diesem Zweck
wurde bei der bekannten schalldämpfenden Vorrichtung eine schwere Membran im Raum
zwischen der Kesselwand und der Außenwand angeordnet, und der Raum zwischen dieser
Membran und der Außenwand wurde ganz mit schalldämmendem Material gefüllt. Obwohl
durch richtige Wahl der Masse eine ausreichende Herabsetzung der Impedanz Z, und
eine ausreichende Vergrößerung des Schallschluckkoeffizienten a der Schalldämmungseinrichtung
erhalten werden kann, um auch die niedrigen Harmonischen des Transformatorschalles
nahezu ganz zu dämpfen, haften dieser bekannten Vorrichtung einige Nachteile an,
die einerseits infolge der Anordnung des schalldämmenden Materials und andererseits
infolge der großen Masse der Membran auftreten. Die schwere Membran ist imstande,
das Skelett des porösen schalldämmenden Materials in Schwingung zu bringen und,
da dieses schalldämmende Material auch an der Außenwand anliegt, wird der Schall
durch das Skelett der schwingenden Membran unmittelbar auf die Außenwand übertragen.
Weiter wird das Schluckvermögen dieses Materials durch die Mitschwingung seines
Skelettes herabgesetzt, da dieses Vermögen von der relativen Geschwindigkeit des
Skelettes und der Luft in den Poren dieses Materials abhängt. Außerdem ist es nicht
immer möglich, die Masse der Membran groß genug zu machen, um d_ en erwünschten.
Dämpfungseffekt zu erhalten.
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Die Erfindung hat den Zweck, die Nachteile der bekannten schalldämmenden
Vorrichtung in einfacher Weise zu beseitigen. Sie besteht darin, daß die Schicht
aus schalldämmendem Material und die Außenwand durch einen freien Raum voneinander
getrennt sind. Die unmittelbare IJbertragung von Schall auf die Außenwand durch
das Skelett des schalldämmenden Materials ist dann nicht möglich. Zur Erhaltung
derselben Dämpfung kann außerdem die Membran leichter ausgeführt werden. Dies hat
den weiteren Vorteil, daß das schalldämmende Material weniger durch die Membran
bewegt werden kann, d. h. mehr bremsend arbeitet, und dadurch die schalldämmende
Wirkung dieses Materials vergrößert wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung und deren Wirkung werden im untenstehenden
an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Schnitt eines Teiles einer in einiger Entfernung
vor der Wand eines Transformatorkessels angeordneten, zusammengesetzten, schalldämmenden
Wand ohne Membran, während F i g. 2 das akustische Ersatzschema für senkrecht durch
die Doppelwand nach F i g. 1 hindurchgehenden Schall darstellt; F i g. 3 zeigt einen
Schnitt eines Teiles einer in einiger Entfernung vor der Wand eines Transformatorkessels
angeordneten, bekannten, zusammengesetzten, schalldämmenden Wand mit einer Membran,
während F i g. 4 das akustische Ersatzschema der Doppelwand nach F i g. 3 darstellt;
F i g. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt eines Teiles eines Transformatorkessels
mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Dämmfach, wobei F i g. 6 einen waagerechten
Schnitt der in F i g. 5 dargestellten Anordnung, F i g. 7 eine Vorderansicht eines
Teiles des Transformatorkessels mit einem Dämm ach nach F i g. 5 und 6 und
F i g. 8 das akustische Ersatzschema des Dämmfaches nach F i g. 5,'6 und 7 darstellt.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein Teil der Wand des Kessels eines Transformators
bezeichnet. In der Entfernung s von dieser Kesselwand ist eine schalldämmende Schicht
2 aus porösem Material mit einer Stärke 1 angeordnet, die an einer Außenwand 3 anliegt.
Die Außenwand 3 kann aus Fächern bestehen, die nur an ihren Rändern unter Zwischenschaltung
von Streifen aus elastischem Material mit der Kesselwand 1 verbunden sind, so daß
die unmittelbare Schallübertragung von der Kesselwand 1 auf die Außenwand 3 so weit
als möglich verhindert wird. Der vollständig abgeschlossene Zwischenraum 4 ist mit
Luft gefüllt.
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Die Wirkung dieser schalldämmenden Vorrichtung wird mit Hilfe des
in F i g. 2 dargestellten akustischen Ersatzschemas erklärt, in dem der Kondensator
5 die Luftschicht 4, die Reihenschaltung des Kondensators 6 und des Widerstandes
7 die schalldämmende Schicht 2 und die Impedanz 8 die Außenwand 3 symbolisiert.
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Nennt man den im Raum zwischen der Kesselwand und der Außenwand auftretenden
Schalldruck P, wenn keine Schallaufschaukelung im Zwischenraum 4
stattfindet,
und P, nach der Erreichung des Dauerzustandes bei der Schallaufschaukelung, so gilt,
daß
wobei Z, wieder die akustische Impedanz des außerhalb der Kesselwand vorhandenen
geschlossenen Luftraumes für von der Kesselwand zur Außenwand gerichteten Schall,
Wo wieder die Wellenimpedanz der Luft und V1 die Schwingungsgeschwindigkeit der
Kesselwand ist.
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Diese Schwingungsgeschwindigkeit V, teilt sich in eine über den Kondensator
5 mit der Impedanz
geführte Komponente VZ und eine über die Parallelschaltung der Impedanz 8 mit einer
Impedanz Zw und der Reihenschaltung des Kondensators 6 mit einer Impedanz und des
Widerstandes 7 mit einem Widerstandswert
R geführte Komponente V3. K, ist der Kompressionsmodul der Luft und K der Kompressionsmodul
des schalldämmenden Materials der Schicht 2.
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Da bei guter Schalldämmung zwischen der Außenwand 3 und der Kesselwand
1 die Impedanz Zw sehr viel größer als die anderen Impedanzen ist, wird die Schwingungsgeschwindigkeit
V3 nahezu nur durch die Impedanz
+ R des Kreisteiles 6, 7 bestimmt. Nun gilt für alle schalldämmenden Materialien,
daß ihr Kompressionsmodul K größer ist als der Kompressionsmodul K, der Luft, so
daß die Impedanz
R größer als die Impedanz
sein wird, welche Impedanz vorhanden wäre, würde man die Schicht 2 aus schallschluckendem
Material durch eine Luftschicht ersetzen. Da nach den akustischen Gesetzen eine
größere Impedanz einem kleineren Schallschluckkoeffizienten entspricht, hat im betrachteten
Falle die Verwendung von schalldämmendem Material einen
ungünstigen
Einfluß anstatt eines günstigen Einflusses auf die Impedanz ZO des schalldämmenden
Systems. Besonders für niedrige Frequenzen ist der Wert groß, d. h. ungünstig.
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Es ist nun bekannt, die Schicht 2 aus schalldämmendem Material an
der Seite der Kesselwand 1 durch eine Membran 10 mit verhältnismäßig großer Masse
abzudecken, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist.
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Diese Membran 10 verhält sich im in F i g. 4 dargestellten
Ersatzschema wie eine Selbstinduktion 11 mit einer Impedanz j c) m, wobei
m die Masse der Membran bedeutet. Wählt man die Masse der Membran richtig,
so kann die durch den Kreisteil 11, 6, 7 gebildete Impedanz für niedrige
Harmonische des zu dämmenden Schalles niedrig sein, wodurch das Schallschluckvermögen
des Systems vergrößert wird. Eine solche Anordnung besitzt jedoch den Nachteil,
daß das Skelett des schalldämmenden Materials zwischen der Membran und der Außenwand
eine leitende Verbindung bildet, die einen Teil des Schalldruckes unmittelbar von
der Membran auf die Außenwand überträgt. Außerdem wird durch das stärker mit der
Membran mitschwingende Skelett der schalldämmenden Schicht der Geschwindigkeitsunterschied
der sich in den Poren dieser Schicht befindenden Luft und des Skelettes der Schicht
herabgesetzt, so daß der Schallschluckkoeffizient, der gerade durch diesen Geschwindigkeitsunterschied
entsteht, ebenfalls vermindert wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist in den F i g. 5, 6, 7, 8 dargestellt.
Zwischen der schalldämmenden Schicht 2 und der Außenwand ist ein nur Luft enthaltender
Raum 12 vorhanden. Dieser Luftraum 12 verhindert eine unmittelbare Verbindung zwischen
der Membran 10 und der Außenwand mittels des Skelettes der schalldämmenden
Schicht 2. Im in F i g. 8 dargestellten Ersatzschema ist dieser Luftraum 12 durch
einen Kondensator 13 symbolisiert, der parallel zur Impedanz 8 und zur Reihenschaltung
des Kondensators 6 und des Widerstandes 7 geschaltet ist. Dieser zusätzliche Kondensator
13 bewirkt, daß zur Erhaltung derselben Schalldämmung bei niedrigen Harmonischen
die Selbstinduktion 11, d. h. die Masse der Membran 10, kleiner sein
kann. Außerdem hat der Luftraum 12, welcher eine Dicke d besitzt, eine Impedanz
, die kleiner als die Impedanz
ist, welche vorhanden wäre, würde der Raum 12 auch schalldämmendes Material enthalten.
Der Effekt des schalldämmenden Systems nach der Erfindung wird dadurch noch vergrößert.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 5, 6 und 7 ist der Transformatorkessel
1 außen durch waagerechte und senkrechte Balken 14 verstärkt, die die Wand
des Transformatorkessels in Fächer unterteilen. Jedes Fach ist durch eine die Außenwand
bildende Platte 15 luftdicht abgeschlossen, welche unter Zwischenschaltung
von Streifen 16a, 16b und 17 und Ringen 18 aus elastischem Material, beispielsweise
Gummi, federnd mit den Balken 14 und den Befestigungsbolzen 19 verbunden
ist, so daß die unmittelbare Schallübertragung von der Kesselwand 1, 14 auf die
Platte 15 weitgehend verhindert wird. Die Streifen 16a, 16b und 17 dienen
gleichzeitig zum luftdichten Abschließen der Fächer. Die Membran 10 ist zwischen
den elastischen Streifen 16a und 16b geklemmt und trägt die Schicht 2 aus schalldämmendem
Material, welche durch den Luftraum 4 der Stärke s von der Kesselwand 1 und
durch den Luftraum 12 der Stärke d von der Platte 15 getrennt ist.
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Alle angegebenen Größen und abgeleiteten Werte beziehen sich auf die
Oberflächeneinheit.