DE19730355C1

DE19730355C1 - Schallabsorber in Lüftungskanälen

Info

Publication number: DE19730355C1
Application number: DE1997130355
Authority: DE
Inventors: Helmut Prof Fuchs; Philip Dr Leistner; Jan Krueger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2017-07-16

Description

Die Erfindung betrifft Schallabsorber in Lüftungskanälen.

Stand der Technik

Aus der DE 43 15 759 C1 ist ein mikroperforiertes schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil bekannt, das als Zwischenglas vor Glaswänden, Fenster, Türen oder allgemein vor Wände gestellt, aufgehängt oder an gebracht werden kann. In der Druckschrift sind auch bereits mikroperforierte Kassetten oder Kulissen als Voll- oder Halbkörper beschrie ben.

Aus der EP 0 697 051 C1 ist ein schallabsorbierendes Bauteil aus Metall oder Kunststoff bekannt, das z. B. als Unterdecke vor Betondecken abgehängt werden kann.

In diesen mikroperforierten Bauteilen wird die Luftmasse in der Perforation durch den Luftschall zu Schwingungen angeregt, wobei die Luftschicht zwischen dem perforierten Bauteil und dem Glasfenster oder der Decke oder der Wand usw. als Feder wirkt.

Auf die ersten beiden Druckschriften der Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen, besonders hinsichtlich der Art der Mikroperforation. Die mikroperforierten Bohrungen haben beispielsweise einen Durchmesser von 0,1-3 mm und der Anteil der mikroperforierten Fläche zur Gesamtfläche des Bauteils beträgt weniger als 4%, vorzugsweise 2-1%.

Aufgabe der Erfindung ist es, in Lüftungskanälen bzw. Strömungskanälen in Klimaanlagen faserfreie Schallabsorber zu integrieren, wodurch insbesondere die schall- und strömungstechnischen Eigenschaften verbessert werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch den Schallabsorber nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

1. Hinterströmte mikroperforierte Platten in Kanälen

Die hinterströmten mikroperforierten Platten (2) sind in Kanallängsrichtung aufgestellt und ohne abgeschlossenes Rückvolumen in einem Abstand vor mindestens einer Kanalwand befestigt (Bild 1). Trotz fehlender rückseitiger Kassettierung und trotz rückseitiger Hinterströmung im Kanal (1) bewirken sie eine effektive Dämpfung von Querresonanzen (transversale Moden) im Kanal. Im Vergleich zu dickeren Schichten aus porösem Absorbermaterial stellen die mikroperforierten Platten kein Hindernis für die Strömung im Kanal dar. Sie verhindern so die ansonsten auftretenden Druckverluste und sind faserfrei. Die Absorptionswirkung ohne Druckverlust ist z. B. beim Einsatz aktiver Schalldämpfer (3) erforderlich, da unbedämpfte Querresonanzen die Funktion aktiver Schalldämpfer bis zur Wirkungslosigkeit beeinträchtigen können. Die hinterströmten mikroperforierten Platten befinden sich hierbei in einem Abstand vor der harten Kanalwand gegenüber den aktiven Schalldämpfern (Bild 2).

2. Durchströmte mikroperforierte Schalldämpferkulissen

Die durchströmte mikroperforierte Schalldämpferkulisse besteht aus min destens einer mikroperforierten Frontplatte (2) und einem rückseitigen Kulis sengehäuse (4) mit einer definierten Lufteintrittsöffnung (5) (Bild 3). Diese Öffnung befindet sich im Bereich erhöhten dynamischen Druckes, so daß ein Teil der Strömung im Kanal in die Kulisse eindringt und zu einer Durchströ mung der mikroperforierten Frontplatte führt. Die Strömungsgeschwindigkeit u in den Mikrolöchern ergibt sich im wesentlichen aus dem Staudruck der Strömung an der Anströmseite der Kulisse sowie dem Flächenverhältnis von Eintrittsöffnung der Kulisse und Lochfläche der mikroperforierten Frontplatte. Die Höhe der Strömungsgeschwindigkeit U bestimmt ein Optimum (1 bis 10 m/s) bezüglich der breitbandigen Schallabsorption einer gegebenen mikroperforierten Frontplatte. Die akustischen Eigenschaften einer solchen Frontplatte vor einem geschlossenen Gehäuse resultieren aus ihrem Material, ihrer Geometrie, ihrer seitlichen Befestigung am Gehäuse sowie aus dem Volumen des Gehäuses. Zum Vergleich der Absorption bei senkrechtem Schalleinfall einer mikroperforierten Frontplatte mit und ohne Durchströmung bzw. bei unterschiedlich starker Durchströmung dient die Messung im Kundt schen Rohr (6) (Bild 4). Das Kundtsche Rohr verfügt zu diesem Zweck über eine Einström-Öffnung (7) hinter und eine Ausström-Öffnung (8) vor der Frontplatte. Die Ergebnisse (Bild 5) zeigen eine Erweiterung der Absorptions bandbreite insbesondere zu tiefen Frequenzen bei einer bestimmten Strö mungsgeschwindigkeit in den Löchern. Sowohl im Fall ohne Durchströmung als auch bei noch stärkerer Durchströmung fällt die Bandbreite geringer aus. In Analogie zum senkrechten Schalleinfall läßt sich der Zusammenhang von Absorption und Durchströmung mikroperforierter Frontplatten auch bei strei fendem Schalleinfall im Kanal (Bild 6) meßtechnisch nachweisen. Die gemes sene Einfügungsdämpfung (Bild 7) unterstreicht anschaulich die breitbandi gere Dämpfungswirkung der durchströmten mikroperforierten Frontplatte.

Durch die direkte Ausnutzung der Luftströmung in Lüftungskanälen zur Durchströmung der mikroperforierten Schalldämpferkulisse ist keine zusätz liche Hilfsenergie in Form einer zusätzlichen Gasfördereinrichtung notwendig. Eine Regelungsvorrichtung nach Art einer Drosselklappe an der Lufteintritts öffnung der Kulisse zur Einhaltung einer optimalen Durchströmung der mikroperforierten Frontplatte gewährleistet eine gleichbleibende Schall dämpfung auch bei veränderter Luftfördermenge im Kanal. Ein wechsel- bzw. reinigbarer Staubfilter am Lufteintritt kann den Verschluß der Mikrolöcher verhindern, falls keine konditionierte Luft im Kanal (wie z. B. in Klimaanlagen) vorliegt. Zur Erhöhung der Dämpferlänge und damit der Schalldämpfung ist eine mehrfache Kassettierung (9) des Kulissengehäuses mit definierter Durchströmung jedes Plattensegmentes vorgesehen (Bild 8).

3. Durchströmte mikroperforierte Kanäle

Durchströmte mikroperforierte Kanäle (10) stellen rechteckförmige (Bild 9) oder zylindrische (Bild 10) Strömungsführungen dar, die den sich ausbreiten den Schall im Kanal nach Art eines Rohrschalldämpfers ohne faserige oder poröse Materialien bedämpfen. Gleichzeitig kann die im Strömungskanal geförderte Luft durch die Mikroperforation in die zu belüftenden Räume nach Art eines über die gesamte mikroperforierte Berandung gleichmäßig verteilten Luftauslasses für die Raumlüftung entweichen. Dadurch wird die Außenfläche der Berandung entsprechend der eingestellten Luftströmung von jedweden Ablagerungen aus der Raumluft dauerhaft freigehalten. Eine weitere Funktion durchströmter mikroperforierter Kanäle ist die breitbandige Absorption (Bild 5) des von außen auf die Strömungsführung auftreffenden Luftschalls nach Art einer schalldämpfenden Auskleidung des Raumes (11) (Bild 11). Hierbei wird eine klinisch reine, zugluftfreie Raumbelüftung möglich, die zugleich eine Schallpegelminderung für Geräuschquellen im Raum bewirkt. Wenn die mikroperforierten Strömungskanäle vor bereits schallabsorbierenden Wänden oder Decken verlegt werden, dann können sie bei entsprechender Auslegung die vorhandene Absorptionsfläche noch vergrößern oder den Frequenzbereich der vorhandenen Absorption erweitern. Durch die Führung der Kanäle vor Raumbegrenzungsflächen und Raumeinbauten oder frei im Raum verlegt las sen sich verschiedene Raumbereiche, Begrenzungsflächen und Einbauten gezielt und unterschiedlich stark belüften oder klimatisieren. Mittels einer nachträglichen Abdeckung der Perforation (teilweise oder vollständig) kann ein zunächst ganzflächig perforierter Kanal hinsichtlich seiner lüftungs- und schalltechnischen Eigenschaften in weiten Grenzen variiert werden. Zur Ver besserung der Absorptionseigenschaften sind sowohl zusätzliche äußere durchströmte mikroperforierte Kanäle (12) (Bild 12) als auch die Kassettierung (9) (Bild 13) der so entstehenden Zwischenräume vorgesehen.

Beschreibungen der Bilder

Bild 1: Kanal (1) mit hinterströmter mikroperforierter Platte (2) vor einer Wand.

Bild 2: Kanal (1) mit hinterströmter mikroperforierter Platte (2) vor einer Wand gegenüber einem aktiven Schalldämpfer (3).

Bild 3: Kanal (1) mit durchströmter mikroperforierter Platte (2) als Frontplatte eines Kulissengehäuses (4) mit Lufteintrittsöffnung (5).

Bild 4: Durchströmte mikroperforierte Platte (2) in einem Impedanz-Rohr (6) mit Einström-Öffnung (7) und Ausström-Öffnung (8).

Bild 5: Im Impedanz-Rohr (6) gemessener Absorptionsgrad einer durchströmten mikroperforierten Stahlplatte (2) bei unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit U in den Löchern im Vergleich zum Fall ohne Durchströmung
Lochdurchmesser: 0,5 mm
Lochabstand: 5 mm
Plattendicke: 0,5 mm
Seitenlänge: 200 mm×200 mm
Wandabstand der Platte: 100 mm.

Bild 6: Kanal (1) mit Ausström-Öffnung (8) und mit durchströmter mikroperforierter Platte (2) als Frontplatte eines Gehäuses (4) mit Einström-Öffnung (7).

Bild 7: Im Kanal (1) gemessene Einfügungsdämpfung einer durchströmten mikroperforierten Stahlplatte (2) bei unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit U in den Löchern im Vergleich zum Fall ohne Durchströmung:
Lochdurchmesser: 0,5 mm
Lochabstand: 5 mm
Plattendicke: 0,5 mm
Seitenlänge: 200 mm×200 mm
Wandabstand der Platte: 100 mm.

Bild 8: Anordnung mehrerer durchströmter mikroperforierter Platten (2) als Frontplatten eines durch Kassettierungen (9) unterteilten Kulissengehäuses (4) mit Lufteintrittsöffnungen (5).

Bild 9: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit rechteckigem Querschnitt.

Bild 10: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit rundem Querschnitt.

Bild 11: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit rechteckigem Querschnitt in einem Raum (11).

Bild 12: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit einem umgebenden äußeren mikroperforierten Kanal (12).

Bild 13: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit einem umgebenden äußeren mikroperforierten Kanal (12) und einer Kassettierung (9) des Zwischenraumes.

Claims

1. Schallabsorber in Lüftungskanälen, dadurch gekennzeichnet daß eine mikroperforierte Platte (2) Teil des Lüftungskanals ist

2. Schallabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die mikroperforierte Platte (2) eine oder mehrere Seitenwände eines Lüftungskanals (1) mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt bildet.

3. Schallabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die gesamte Wandung des Lüftungskanals (1) mikroperforiert ausgebildet ist.

4. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet daß die mikroperforierte Platte (2) im Innern des Lüftungskanals (1) angeordnet ist.

5. Schallabsorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die mikroperforierte Platte (2) Teil einer durchströmten Kulisse (4) ist, die im Innern des Lüftungskanals (1) angeordnet ist.

6. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet daß die Kulisse (4) kassettiert ausgebildet ist und die Kassetten (9) eine gemeinsame Luftzuführung (5) aufweisen.

7. Schallabsorber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Kassetten (9) eigene Luftzuführungen (5) aufweisen.

8. Schallabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Lüftungskanal (1, 10) von einem weiteren äußeren, mikroperforierte Teil aufweisenden Kanal (12) umgeben ist.

9. Schallabsorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die gesamten Wandungen beider Kanäle (1, 10, 12) mikroperforiert sind.

10. Schallabsorber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß entweder der innere Kanal (1, 10) oder der äußere Kanal (12) oder beide kassettiert ausgebildet sind.

11. Schallabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die durchströmende Luft in den Kanälen (1, 10, 12) konditioniert ist.