DE19804718C2 - Schall absorbierende Sandwichwand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schall absorbierende Sandwichwand, insbesondere für eine Hubschrauberzelle, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, den Innenraum von Hubschrauberkabinen mit Schalldämpfungsbelägen auszukleiden, um die Geräuschbelastungen im Kabineninneren, die in der Hauptsache vom Rotorgetriebe und weiteren Nebenaggregaten sowie dem Haupt- und Heckrotor des Hub­ schraubers verursacht werden, zu reduzieren. Derartige Schalldämpfungsbeläge erfordern jedoch, wenn sie in den verschiedenen Frequenzbereichen der erwähnten Hubschrauber- Lärmquellen wirksam sein sollen, einen sehr hohen Bau- und vor allem Gewichtsaufwand.

De DE-OS 21 12 393 dient der akustischen Auskleidung von Wandungen in Triebwerken. Die Auskleidung besteht aus einem Kern, der zwischen einer perforierten Lage und einer nicht perforierten Lage eingeschlossen ist und aus mehreren langgestreckten, abwech­ selnd angeordneten, im wesentlichen V-förmigen Zellen und rhombusförmigen Zellen be­ steht. Die Auskleidung ist auf der Gehäusewandung angebracht und erzeugt einen hohen Gewichtsaufwand ohne die Steifigkeit und Fertigkeit der Wandung definiert zu verbessern.

Die DE 36 43 480 C2 betrifft das nicht zutreffende Gebiet der Tapeten und darin eine als Tapete ausgebildete schallabsorbierende Verkleidung für eine schallharte Wand. Die Lö­ sung lehrt zwischen perforierter Tapetenbahn und Wand einen Spalt auszubilden mittels eines weitmaschigen Gewebes. Diese Lösung ist für die Rumpfzelle eines Luftfahrzeuges nicht relevant.

Die DE 94 08 118 U1 schlägt einen Schallabsorber zur Abdeckung von schallreflektieren­ den Wänden vor. Es werden rohrförmige Bauteile in das poröse Absorbermaterial eingear­ beitet. Die Lösung erzielt keine hohe Eigensteifigkeit und läßt einen Einsatz als tragende Wandung nicht zu.

Die DE 25 15 127 C2 betrifft eine schallabsorbierende Platte für den Einsatz in Schalldämpfern für Abgasleitungen von Turbinen. Die Lösung lehrt wie die Absorptionsbandbreite der Platte zu vergrößern ist. Es wird kein Hinweis geliefert wie eine Sandwichwand für eine Hubschrauberzelle bei geringem Gewichts- und Herstellungsaufwand sowie ausreichender Steifigkeit und Festigkeit einen wirksamen Schallschutz ergibt.

Weiterhin ist aus der Publikation AGARD CONFERENCE PROCEEDINGS 549, "Impact of Acoustic Loads on Aircraft Structures", G. Niesl et al, Sept. 1994, eine Hubschrauber- Wandstruktur in Sandwichbauweise mit integrierter Schalldämmung bekannt, bei der die der Schallquelle zugekehrte Faserverbund-Deckschicht der Sandwichstruktur mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen zu den einzelnen Wabenzellen des Sand­ wichkerns versehen ist, um die Wabenzellen auf diese Weise nach Art eines Helmholtz-Resonators für eine Schallabsorption in einem diskreten Fre­ quenzbereich auszubilden. Dabei entstehen an den einzelnen Durchgangs­ bohrungen jedoch Faserunterbrechungen in der Faserverbund-Deckschicht, so daß die auf das Flächengewicht bezogene, spezifische Festigkeit der Sandwichstruktur bei größeren Bohrlochdichten signifikant abnimmt. Hinzu kommt, daß das Verbohren der Deckschicht einen erhöhten Fertigungsauf­ wand erfordert und das Innere der Sandwichstruktur für Witterungseinflüsse, etwa Feuchtigkeits- oder Staubablagerungen, zugänglich macht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine schall absorbierende Sandwichwand der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringen Gewichts- und Herstel­ lungsaufwand einen wirksamen Schallschutz ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichnete Sandwichwand gelöst.

Erfindungsgemäß wird aufgrund der besonderen Gestaltung der Deckhaut als mit einer flexiblen Deckfolie kombiniertes Faserverbundnetz in Verbindung mit dem aus Hohlkörpern bestehenden Innenkern eine hochgradige Schallab­ sorption in der Sandwichwand mit einer Vielzahl von jeweils an den Hohlkör­ pern des Innenkerns gebildeten Einzelresonatoren erzielt, und zugleich wer­ den das auf die benötigte Festigkeit und Steifigkeit bezogene Flächengewicht sowie der Fertigungsaufwand für die Sandwichstruktur, deren Faserverbundnetz sich problemlos, etwa im Wege des Wickelverfahrens, mit der erforderlichen Maschengröße herstellen läßt, äußerst gering gehalten, so daß die Erfindung der Forderung des Hubschrauberbaus nach einer Leicht­ baustruktur, in der sich hervorragende Schallschutzeigenschaften mit einer hohen Lastfestigkeit verbinden, in vollem Umfang nachkommt.

Zur Abschirmung schmalbandiger Frequenzbereiche hat sich gemäß An­ spruch 2 die Verwendung einer geschlossenen Deckfolie als besonders vor­ teilhaft erwiesen. Hierdurch läßt sich ein hoher Absorptionsgrad bis nahezu 100% erreichen, mit dem weiteren Vorteil, daß ein Eindringen von Staub und Feuchtigkeit in die Hohlkörper des Sandwichkerns wirksam unterbun­ den wird. Andererseits wird ein breitbandiges Absorptionsverhalten der Sandwichwand dadurch erhalten, daß die Deckfolie, wie nach Anspruch 3 bevorzugt, perforiert oder porös ausgebildet ist.

Um in die Sandwichwand Schallresonatoren mit unterschiedlichen Ab­ sorptionskennlinien zu integrieren, besitzen die Hohlkörper in besonders be­ vorzugter Ausgestaltung nach Anspruch 4 voneinander verschiedene Hohl­ raumhöhen.

Aus Gründen einer weiteren Gewichtsersparnis, aber auch um die Sand­ wichwand gleichermaßen für Schalleinfälle von der Innen- wie auch von der Außenseite schallabsorbierend auszubilden, bestehen beide Deckhäute nach Anspruch 5 vorzugsweise aus einem offenmaschigen, mit einer flexiblen Deckfolie belegten Faserverbundnetz. In diesem Fall wird eine besonders wirksame Schallabsorption bezüglich beidseitiger Schalleinwirkungen nach Anspruch 6 vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Innenkern durch eine in Richtung der Flächenerstreckung der Deckhäute zwischen diesen ver­ laufende, geschlossene Trennwand zweiteilig ausgebildet ist, welche nach Anspruch 6 vorzugsweise bezüglich der Deckhäute schräg verläuft, wodurch sich auf herstellungsmäßig einfache Weise unterschiedliche Hohlraumhöhen und damit ein unterschiedliches Absorptionsverhalten an den einzelnen Hohlkörpern des Innenkerns erzielen lassen.

In einigen Anwendungsfällen, etwa wenn die Sandwichwand an der der Schallquelle abgewandten Deckhaut eine glatte Oberfläche aufweisen oder einseitig verstärkt ausgebildet werden muß, empfiehlt es sich nach Anspruch 8, die zweite Deckhaut nicht aus einem Faserverbundnetz, sondern als ge­ schlossene Faserverbund-Deckschicht auszubilden, wobei die dadurch be­ dingte Gewichtszunahme durch eine erhöhte Schallabsorptionswirkung der Sandwichwand ausgeglichen wird.

Um zusätzlich zu der Schallabsorption an den einzelnen Hohlraumresona­ toren auch noch eine Schalldämpfung an der der Hauptschallquelle abge­ wandten Sandwichseite zu erzielen, wie sich dies vor allem zur Geräusch­ minderung im Inneren von Hubschrauberkabinen empfiehlt, ist in besonders bevorzugter Weise nach Anspruch 9 die der Hauptschallquelle abgewandte Deckhaut der Sandwichwand mit einer Schalldämpfungsschicht versehen. Besteht diese Deckhaut aus einer geschlossenen Faserverbund-Deckschicht, so kann als Schalldämpfungsschicht, wie nach Anspruch 10 bevorzugt, eine zwischen Faserverbund-Deckschicht und Innenkern eingefügte Schaum­ stoffschicht vorgesehen sein. In besonders bevorzugter Weise ist jedoch nach Anspruch 11 - vor allem aus Gewichtsgründen - als Schalldämp­ fungsschicht eine Schalldämpfungsfolie auf ein die zweite Deckhaut bilden­ des Faserverbundnetz aufgebracht.

Zwar läßt sich die Sandwichwand ohne weiteres als Innenverkleidung oder nicht-tragende Zwischenwand verwenden, wird jedoch wegen der hohen konstruktiven Festigkeit bei zugleich geringem Eigengewicht nach Anspruch 12 vorzugsweise als integraler Bestandteil einer Tragstruktur, insbesondere einer Hubschrauberzelle, ausgebildet.

Nach Anspruch 13 schließlich bestehen die Deckhäute vor allem aus Ko­ stengründen vorzugsweise aus einem Glasfaserverbund.

Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark sche­ matisierter Darstellung:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer Sandwichwand nach der Erfindung;

Fig. 2 eine geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbei­ spiels mit einer zwischen zweiter Deckhaut und Innenkern eingefügten Dämpfungsschicht;

Fig. 3 eine Sandwichwand mit einem durch eine Trennwand zwei­ geteilten Innenkern gemäß einem dritten Ausführungsbei­ spiel; und

Fig. 4 eine in eine Tragstruktur einbezogene, einseitig mit einer Dämpfungsfolie belegte Sandwichwand gemäß einem vier­ ten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 gezeigte Sandwichwand 2 enthält einen durch aufrecht stehen­ de Hohlkörper 4 gebildeten, spezifisch leichten Innenkern in Form eines Wabenkerns 6 sowie zwei äußere, mit dem Wabenkern 6 verklebte Faser­ verbund-Deckhäute 8, 10. Die erste, der Haupteinfallsrichtung H des Schalls zugekehrte Deckhaut 8 besteht aus einem offenmaschigen, z. B. im Wege des Wickelverfahrens hergestellten Faserverbundnetz 12 mit je nach der geforderten Lastfestigkeit unterschiedlich orientierten, sich gemäß Fig. 1 unter 90° kreuzenden Fasersträngen 14, wobei die Maschengröße des Fa­ serverbundnetzes 12 wesentlich kleiner als der Innenquerschnitt der Hohl­ körper 6 bemessen ist. Auf der Außenseite ist das Faserverbundnetz 12 mit einer flexiblen, dünnwandigen Deckfolie 16 belegt, wie sie etwa unter der Bezeichnung "Kaptonfolie" im Handel erhältlich ist. Die zweite Deckhaut 10 hingegen besteht aus einer durchgehend geschlossenen Faserverbundschicht.

Die Deckhäute 8, 10 sind aus einem Glasfaserverbund gefertigt und werden mit dem Wabenkern 6 jeweils über eine Klebefolie 18, 20 verbunden. Beim Verkleben des Faserverbundnetzes 12 wird der Klebstoff über die Netzma­ schen abgesaugt, so daß der Klebstoffüberschuß entfernt wird, wodurch das Flächengewicht der fertigen Sandwichwand 2 reduziert, vor allem aber si­ chergestellt wird, daß die Maschen des Faserverbundnetzes 12 nicht durch Klebstoffreste zugesetzt werden.

Auf diese Weise wirken die einzelnen Wabenzellen 4 des Wabenkerns 6 gemeinsam mit dem Faserverbundnetz 12 und der auf dieses aufgebrachten Deckfolie 16 jeweils als der Schalleinfallsrichtung H zugekehrte, auf der Rückseite durch die Faserverbundschicht 10 verschlossene Hohlraum-Re­ sonatoren mit einem ausgezeichneten Absorptionsverhalten, welches sich nach Maßgabe der gewählten Hohlraum- und Maschengröße, aber auch in Abhängigkeit von der verwendeten Deckfolie 16 beeinflussen läßt. So läßt sich mit einer geschlossenen Deckfolie 16 ein schmalbandiges Absorpti­ onsverhalten mit einem Absorptionsgrad bis nahezu 100% erreichen, wäh­ rend sich bei Verwendung einer feingelochten oder mikroperforierten Deckfolie 16 eine im Resonanzbereich zwar weniger ausgeprägte, dafür aber erheblich breitbandigere Schallabsorption erzielen läßt.

Fig. 2, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bauelemente durch ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigt eine Sandwichwand 102, bei der im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel eine aus Schaumstoff bestehende Dämpfungsschicht 22 auf Seiten der ge­ schlossenen Faserverbundschicht 110 in den Innenkern 106 eingefügt ist. Hierdurch wird die Schallschutzwirkung der Sandwichwand 102 im Sinne einer breitbandigen Schallreduktion verbessert. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise der Sandwichwand 102 die gleiche wie beim ersten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Gemäß Fig. 3, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bauelemente durch ein um 200 erhöhtes Bezugszeichen gekennzeichnet sind, besteht jede der beiden Deckhäute 208, 210 aus einem Faserverbund­ netz 212, welches auf der Außenseite mit einer flexiblen Deckfolie 216 be­ legt ist. Die Sandwichwand 202 ist daher bezüglich eines Schalleinfalls in Richtung beider Deckhäute 208, 210 gleichermaßen schallabsorbierend ge­ staltet. Zusätzlich ist der Wabenkern 206 durch eine gegenüber den Deck­ häuten 208, 210 schräg verlaufende Trennwand 24 zweigeteilt, so daß die Wabenzellen unterschiedliche Hohlraumhöhen aufweisen und somit das Ab­ sorptionsmaximum der auf diese Weise gebildeten Einzelresonatoren in un­ terschiedlichen, weitgehend gleichförmig über ein breites Frequenzband verteilten Frequenzbereichen liegt. Im übrigen ist die Bau- und Funktions­ weise der Sandwichwand 202 im wesentlichen die gleiche wie bei den vor­ hergehenden Ausführungsbeispielen.

In Fig. 4, wo die einzelnen Bauelemente durch ein um 300 erhöhtes Be­ zugszeichen gekennzeichnet sind, ist ein besonders bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt. Hier ist die Sandwichwand 302 als integraler Be­ standteil in eine Tragstruktur 26, etwa einer Hubschrauberzelle, eingebun­ den. Die Sandwichwand 302 besteht wiederum aus einem inneren Waben­ kern 306 und zwei äußeren, jeweils durch ein Faserverbundnetz 312 und eine Deckfolie 316 gebildeten Deckhäuten 308, 310 und ist Hinblick auf die einwirkenden Lasten als hochsteife und -feste Leichtbauplatte ausgebildet. Die lastfeste Anbindung der Sandwichwand 302 an die Tragstruktur 26 er­ folgt mittels randseitiger Faserverbund-Doppler 28. Die Einbaulage der Sandwichwand 302 ist so gewählt, daß die obere Deckhaut 308 den die Hauptschallquellen bildenden Hubschrauberaggregaten, also etwa dem Hauptgetriebe, zugekehrt ist. Die untere, dem Kabineninneren zugewandte Deckhaut 310 ist zusätzlich mit einer auf die Deckfolie 316 aufgebrachten Schalldämpfungsfolie 30 belegt, um den Schallschutz für die Hubschrauber­ insassen weiter zu verbessern. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise der Sandwichwand 302 wiederum die gleiche wie bei den vorhergehend be­ schriebenen Ausführungsbeispielen.

Claims (13)

1. Schall absorbierende Sandwichwand für eine Hubschrauberzelle, bestehend aus einer oberen und einer unteren Deckhaut aus Faserverbundwerkstoff und einem zwischen diesen angeordneten, durch aufrechtstehende Holkörper gebildeten Innen-, insbesondere Wabenkern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die der Hauptschallquelle (H) zugewandte Deckhaut (8; 108; 208; 308) aus einem offenmaschigen, mit einer flexiblen Deckfolie (16; 116; 216; 316) belegten Faserverbundnetz (12; 112; 212; 312) mit einer kleineren Maschengröße als der Hohlkörper-Innenquerschnitt besteht.

2. Sandwichwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein schmalbandiges Absorptionsverhalten der Sandwichwand (2; 102; 202; 302) mit hohem Absorptionsgrad eine die Faserverbund­ netzmaschen vollständig verschließende Deckfolie (16; 116; 216; 316) vorgesehen ist.

3. Sandwichwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie (16; 116; 216; 316) für ein breitbandiges Absorptions­ verhalten der Sandwichwand (2; 102; 202; 302) perforiert oder porös ausgebildet ist.

4. Sandwichwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (204) unterschiedliche Hohlraumhöhen besitzen.

5. Sandwichwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Deckhäute (208, 210; 308, 310) aus einem offenmaschigen, mit einer flexiblen Deckfolie (216; 316) belegten Faserverbundnetz (212; 312) bestehen.

6. Sandwichwand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkern (206) durch eine in Richtung der Flächenerstreckung der Deckhäute (208, 210) zwischen diesen verlaufende, geschlossene Trennwand (24) zweiteilig ausgebildet ist.

7. Sandwichwand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (24) bezüglich der Deckhäute (208, 210) schräg ver­ läuft.

8. Sandwichwand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Deckhaut (10; 110) als geschlossene Faserverbundschicht ausgebildet ist.

9. Sandwichwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Hauptschallquelle (H) abgewandten Sandwichseite eine Schalldämpfungsschicht (22; 30) angeordnet ist.

10. Sandwichwand nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldämpfungsschicht (22) aus einer zwischen Faserverbund- Deckschicht (110) und Innenkern (106) eingefügten Schaumstoff­ schicht besteht.

11. Sandwichwand nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldämpfungsschicht (30) aus einer auf die der Hauptschall­ quelle abgewandte Faserverbundnetzhaut (310) aufgebrachten Dämpfungsfolie besteht.

12. Sandwichwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandwichwand (302) als integraler Bestandteil in eine Hub­ schrauber-Tragstruktur (26) einbezogen ist.

13. Sandwichwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserverbundwerkstoff ein Glasfaserverbund vorgesehen ist.