DE2229420A1

DE2229420A1 - Schwingungsdaempfer fuer koerperschall

Info

Publication number: DE2229420A1
Application number: DE19722229420
Authority: DE
Inventors: Oskar Dr Ing Bschorr
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1972-06-16
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2229420B2; GB1434995A; DE2229420C3; IT988970B; FR2190316A5

Description

Schwingungsdämpfer für Körperschall.

Gegenstand der Erfindung ist ein breitbandiger Schwingungsdämpfer zur Reduzierung von Körperschall.

Bei sehr vielen Lärmquellen wird der Lärm durch Körperschwingungen abgestrahlt. Vor allem mitschwingende Oberflächen wirken hierbei als Übertrager. Dies ist im besonderen bei Baulärm, Wohnungslärm und bei Schienenlärm der Fall. Auch ein Hauptanteil des Motoren- und Kompressorenlärms wird durch das Gehäuse abgestrahlt.

Zur Reduzierung von Körperschallschwingungen sind sogenannte Resonanzabsorber bekannt. Dabei handelt es sich im wesentlichen um Feder/Masse-Systeme, die an dem zu dämpfenden Körper anzubringen sind. Bei der Resonanzfrequenz erhält man damit eine sehr wirkungsvolle Dämpfung. Zur Erzielung einer breitbandigen Dämpfung ist es bei der bekannten Lösung jedoch notwendig, mehrere auf verschiedene Frequenzen abgestufte Resonanzabsorber zu verwenden. Außerdem ist es zur Dämpfung von dünnwandigen Blechteilen bekannt, diese mit viskosen Antidröhnbelägen zu versehen. Bei größeren Wandstärken sind dabei aber zusätzliche Konterbleche notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art zur Reduzierung von

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Körperschallschwingungen zu realisieren, der im besonderen eine: geringere Schallabstrahlung und eine bessere Schallabschirmwirkung von Wandelementen aufweist. Diese Aufgabe ist in wesentlicher gelöst durch ein Hornteil, welches mit seiner Breitseite kraftschlüssig oder kraft- und momentschlüssig an dem zu dampfendem Körper zu befestigen ist, so daß sich im Hornteil in dessen Längsrichtung Körperschallwellen ausbreiten können, und daß der Querschnitt des Hornteils sich in der Weise verjüngend ausgebildet ist, daß in an sich bekannter Weise, die auf den Befestigungspunkt des Schwingungsdämpfers bezogene spektrale Punkt- und Moir.entimpe- danz und das Kopplungsglied eingestellt ist, während die Cchmalseite des Hornteils reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Bei Hornteilen für Longitudinal-Transversal- und Torsionsschwingung können dabei die für Hornlautsprecher und akustische Transformer entwickelten Beziehungen übernommen werden, wobei lediglich zu beachten ist, daß die Wellenfortpflanzung entgegen dem Fall beim Hornlautsprecner, in Ricntung der QuerschnittsverrJr.^e- rung erfolgt. Bei z.B. exponentielle:n Querschnittsverlauf des Hornteils zeigt sich, daß oberhalb der sogenannten cut-off-Fre- quenz die Eingangsimpedanz des Hornteils konstant und reell wird, und der Eingangsimpedanz eines unendlichen langen, zylinderischen Wellenleiters mit dem Querschnitt gleich dem Querschnitt des Hornteils an der Breitseite entspricht. Durch das Hornteil wird da durch ständig Körperschallenergie abgeleitet und dem zu dämpfenden Körper entzogen. Durch Anpassung der Impedanzen von Hornteil und dem Körper kann in an sich bekannter Weise die Energieableitung optimiert werden.

Bei Verwendung eines Hornteils mit Biegewellenanregung ergeben sich wegen der zugrunde liegenden Wellengleichung 4. Ordnung gegenüber den obengenannten Wellenarten 2. Ordnung etwas kompliziertere, im wesentlichen aber analoge Impedanzverhältnisse.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der reflexions- freie Abschluß an der Schmalseite des Hornteils dadurch erreicht, daß das Hornteil durch Materialwahl, durch dämpfende Oberzüge

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und/odor Lir.l^^on bedampft wird. Außerdem ist es möglich, an die Schmalseite des Hornteils reflexionsfrei, d.h. mit gleicher Trennimpedanz eine Dampfungsstrecke anzuschließen. Bei der Dämpfung von Erregerkräften fester Frequenzen und bei Eigenfrequenzen ist es zweckmäßig, die Impedanz des Hornteils an diesen Stellen zu Überhöhen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Schmalseite des Hornteils mit einer entsprechenden Aoschlußimpedanz versehen ist.

Um die Baulänge des Hornteils zu verkürzen, wird nach einein weiteren Vorschlag der Erfindung das Uornteil in gerollter, gefalteter, gewenielter oder in sich zurückgehender Form ausgeführt. Bei einer Breite des Hornteils bzw. der Dämpfungsstrecke kleiner als die halbe Wellenlänge -hat eine solche Maßnahme keinen Linfluß auf das Au^breitungsverhalten der Wellen.

'J::· .lach einem weiteren .lerkmal der Erfindung die Baulänge bei plattenförmigen Hornteilen mit Biegewellenleitung zu verkürzen, wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Biegewellen verringert. Dies kann in einfacher Weise durch fortschreitende Verringerung der Plattendicke erreicht v/erden. Außerdem ist gs möglich, durch Erhöhung der Massebele^un.-, und/oder Schwächung der Biegesteifigkeit durch Einschnitte und Kerbangen die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen. In derartigen' Leitern kann man vollkommen reflexionyfreie Biegcwcllenlcitung erreichen, wenn sich entlang des Leiters die Biegewellenimpodanz nicht ändert.

Jer Erfindungsgegenstand ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Schwingungsdämpfer mit exponentiellem Querschnittsverlauf

des Hornteils;
Fig. 2 Schwingungsdämpfer mit Biegewellenanregung; Fig. 3 eingerollter Schwingungsdämpfer.

j Fig. 4 gefalteter Schwingungsdämpfer;

Fig. 5 in sich zurückgehender Schwingungsdämpfer; Fig. 6 gewendeiter Schwingungsdämpfer;

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Fig. 7 Schwingungsdämpfer für reflexionsfreien Stababschluss; Fig. 8 Schwingungsdämpfer für reflexions freien Flächenabschluß; Fig. 9 Schwingungsdämpfer für langgestreckte Dämpfungsteile; Fig.10 Schwingungsdämpfer ebenfalls für langgestreckte Dämpfungsteile;

Fig.11 streifenförmige Schwingungsdämpfer; Fig.12 Schwingungsdämpfer für Jrehschwingungen; Fig.13 Schwingungsdämpfer ebenfalls für Drehschwingungen.

In Fig. 1 ist aas Hornteil 1 mit seiner Breitseite an einer zu dämpfenden Struktur 3 angebracht. Der Querschnittsverlauf entlang der Hornachse verläuft in dem dargestellten Beispiel z.B. exponentiell, uas ilornteil 1 besteht aus kompaktem Material, in dem sich Longitudinal-Transversal- und Torsionsschwingungen fortpflanzen können. Da homogene Materialien zumeist eine sehr hohe Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen und wegen der entsprechend großen Wellenlängen eine große Länge des Hornteils bedingen, ist es zweckmäßig, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen. Dies ist dadurch möglich, daß im Grundmaterial Gaseinschlüsse und/oder Masseteile vorgesehen sind. Außerdem ist es möglich, ein Hornteil mit Sandfüllung zu verwenden. Bekanntlich bietet Sand bei großer innerer Dämpfung den Wellen geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeiten. Schwingbewegungen der Struktur 3 werden durch die kraftschlüssige Befestigung auf das Hornteil 1 übertragen und pflanzen sich dort fort. Durch die Verringerung der Querschnittsfläche wird die Schwingbewegung konzentriert und in die sich anschließende Dämpfungsstrecke 2 eingeleitet. Die Dämpfungsstrecke 2 und das Hornteil 1 sind z.B. durch innere Materialdämpfung bedämpft, so daß das freie Ende der Dämpfungsstrecke 2 reflexionsfrei gemacht werden kann.

Fig. 2 stellt ein analoges Ausführungsbeispiel für einen Schwingungsdämpfer mit Biegewellenanregung dar. Hornteil 11 und die anschließende Dämpfungsstrecke 12 bestehen hier aus einem plattenförmigen Biegewellenleiter. Die Breite des Hornteils 11 verkleinert sich nach einer gewählten Funktion und geht in die Dämpfungsstrecke 12 mit konstanter Breite über. An der Breitseite ist das

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Hornteii 11 über einen Steg 15 kraftschlüssig oder kraft- und nomentschlüssig an der zu dämpfenden Struktur 13 befestigt. Um jinen reflexionsfreien Abschluß an der Schmalseite des Hornteils 11 zu erreichen, sind Hornteii 11 und Dämpfungsstrecke 12 mit einem viskosen Dämpfungsbelag 14 versehen. Der Querschnittsverlauf und die Befestigungsart des Hornteils 11 an der Struktur richten sich in an sich bekannter Weise nach der zur optimalen Anpassung geforderten spektralen und komplexen Leitwertmatrix (Punkt-Momentimpedanz, Kopplungsglied). Zur Erhöhung der Impedanzen ist es möglich, mehrere Hornteile 11 mit einem Abstand entsprechend den Schwingungsausschlägengeschichtet übereinander anzubringen. Zur Erhöhung der Dämpfung kann der Zwischenraum auch mit viskosen Dämpfungsmaterialien versehen werden. Bei Luftzwischenraum läßt sich eine Dämpfung durch Bohrungen in den plattenförmigen ilornteilen erreichen, durch die die bei der Schwingbewegung verdrängte Luft überströmt.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 bis 6 stellen analog zu der

Fig. 2 Schwingungsdämpfer mit auf Biegewellen angeregten Horntei-

len dar, die zur Verringerung der Baugröße entsprechend modifiziert sind.

In Fig. 3 ist das plattenförmige Hornteii 21 mit der sich daran anschließenden Dämpfungsstrecke 22 gerollt, und über einen Steg 25 an der zu dämpfenden Struktur 23 befestigt. Die Plattendicke von Hornteii 21 und Dämpfungsstrecke 22 wird fortlaufend geringer. Dadurch kommt es zu einer Herabsetzung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen und so zu einer Verkürzung der Baulänge. In Fig. 4 ist das plattenförmige Hornteii 31 mit der sich daran anschließenden Dämpfungsstrecke 32 gefaltet und über den Steg 35 an der Struktur 33 befestigt. Hornteii 31 und Dämpfungsstrecke 32 haben in diesem Ausführungsbeispiel Einkerbungen, deren Tiefen zunehmend größer werden. Die Einkerbungen selbst .verlaufen quer zur Fortpflanzungsrichtung der Schwingungen. Durch die Einkerbungen gelingt es, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen und damit die Baulänge herabzusetzen.

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In Fig. 5 ist das plattenförmig iiornceil 41 abgesetzt und geht in sich selbst zurJck. In Fig. 6 ist das plattenförmige Hornteil 51 mit der daran anschließenden Dämpfungsstrecke 52 gewendelt. FUr reflexionsireien Abschluß, Ureitenverlauf und Befestigungsart gelten hier analog die Ausführungen zu Fig. 2.

Eine derartige Formgebung der ilornteile und der Dämpfungsstrecken bleibt ohne Einfluß auf das Ausbreitungsverhalten der Biegewellen, solange die Breite kleiner als eino halbe Wellenlänge ist.

In Fig. 7 ist ein reflcxionsfroier Abschluß einer Balkenstruktur 6 3 dargestellt. An Jas .Balkenendo schließt sich das Hornteil 51 an, das in die Dämpfangsötrecke 52 irulndet. Um Ligenfrnquenzen des Balkens auszugleichen, Kann e.j zweckmäßig sein, anstelle einer vollständigen J'inpfung ii üornteil Gl und in der Dämpfungsstrecke 52, mit einer angepaßten Impedanz so abzuschließen, daß sich an den hesonanzstellen eine Überhöhung ergibt. Zur Verringerung der Baulänge ist es ,noglich, .lornteil Gl und Dämpfungsatrecke 6 2 um 180° gegeneinander umzubiegen.

Fig. 8 stellt das 2-dimensionale Analogon zum 1-dimensionalen Fall in Fig. 7 dar. Um einen resonanzfreien Abschluß einer Plattenstruktar 73 zu erreicaen sind an den Piattenrändern Hornteile 71 mit DämpfungsstrecKen 72 angebracht. Diese bestehen zweckmäßigerweise aus demselben Material wie die Platte und sind aus einem Stück. Zur Verringerung der Baulänge ist es wiederum möglich, Hornteile 71 und Dämpfungsstrecxe 72 um 183 , d.h. in Richtung zum Platteninneren umzubiegen.

In Fig. 3 ist ein streifenförmiges dornteil 31 zur Dämpfung von langgestreckten Balken- und Trägerstrukturen dargestellt. An das Hornteil 81 schließt sich wieder eine bedämpfte Dämpfungsstrecke 82 an. Zur Verringerung der baulänge ist es möglich, Hornteil 31 und Dämpfungsstrecke 3 2 zu rollen oder zu falten.

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In Fig. IJ ist ein Schwingungsdämpfer fir ebenfalls langgestreckte strukturen oder für Flächen dargestellt. Er besteht aus einer, laugges treckten Befestigungssteg 35 mit daran angebrachten Hornteileri Jl und sich anscnlieiienJe Dämpfungsstrecken 92. Diese sind als biegewellenleiter plattenförmig ausgebildet und aus einem
Flattens tdck gestanzt. Zur besseren Materialausn'itzung und kompakteren Lauweise sind die Hornteile Jl in der dargestellten V/eise asymmetrisch geformt.

Fig. 11 s teilt in Liraufsicht einen Schwingungsdämpfer für langgestreckte Strukturen dar. Dieser wird aber den Befestigungsstegen 105 angebracht. Je 2 Hornteile IJl und,101' münden in eine gemeinsame Dämpfungsstrecke 102. Diese ist wie die iiornteile 101
und 101' bedämpft· .lit dieser Anordnung gelingt es, den zur Verfugung stehenden Kaun. doppelt auszunützen. Anstelle der Breitenverringerung der Dämpfungsstreeke 102 ist es auch möglich, konstante Breite und entsprechende Verringerung der Dicke vorzunehmen .

Fig. 12 stellt einen Schwingungsdämpfer für Drehscnwingungen dar, der an dem zu dämpfende:: .zeilenende anzubringen ist. Die Wellenschwingung wird in das Hornteil 111 eingeleitet und pflanzt sich dort als Transversalwelle fort. Diese wird in der anschließenden bedampften Dämpfungsstrecke 112 abgebaut.

Fig. 13 ist ebenfalls ein Schwingungsdämpfer fur Torsionsschwingungen. Lr wird an der zu dämpfenden Welle 123 angebracht. Ober
einen Befestigungsring 125 wird die Wellenschwingung in das Hornteil 121 und die Dämpfungsstreeke 122 eingeleitet und gedämpft.

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Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1./breitbandiger Schwingungsdämpfer zur Reduzierung von Körperschall, gekennzeichnet durch ein Hornteil (1, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 31, 31, 101, 101', 111, 121), welches mit seiner breitseite kraftschlüssig oder kraft- und inoiaentschidssig ari dein zu dämpfendem Körper (3, 13, 23, 33, C3, 73, 123) zu befestigen ist, ^o üaß sicn im Hornteil in dessen Längbricitung huipersehallweiien ausbreiten können und daß der (Juerscani 11 ües nurnteixü sich in der Weise verjüngend ausgebildet ist, daß iii an sich bekannter Weise die auf den Befestigungspunkt ues Schwingungsaümpfers bezogene spektrale PunkL- und Ilomentimpedanz und das Kopplungsglied eingestellt ist, Wcinrend die Schmalseite des Hornteils reflexionsfrei abgeschlossen ist.

2. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nacii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schmalseite des Hornteils (1, 11, 21, 31, Ul, 51, Gl, 71, öl, 31, 101, 101', 111, 121) eine JcLmpfungsstrecke (2, 12, 22, 32, 42, C2, 62, 72, 32, 92, 102, 112, 122) angeordnet ist.

3. üreitbandiger Schwingungsdärapfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer kompakten Bauweise bzw. zur Verringerung der Baulänge Hornteil und Dämpfungsstrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgenend ausgestaltet sind.

4. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum resonanzfreien Abschluß von Stab- oder Plattenelementen bedampfte Ilornteile am Stabende bzw. Plattenrand angeordnet sind.

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Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkürzung der Baulänge die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen in Fortpflanzungsricntung zunehmend verringert ist durch z.B. zunehmende Massenbelegung und/oder durch abnehmende Steifigkeit der Jürnpfungselernente.

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