DE2229420B2 - Breitbandiger Schwingungsdämpfer zum Reduzieren von Körperschall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen breitbancligen Schwingungsdämpfer in Form eines als Wellenleiter dienenden Hornteils aus kompaktem Material zum Reduzieren von Körperschall, wobei das Hornteil mit seiner Breitseite an dem zu dämpfenden Körper befestigt ist Dabei sind in bekannter Weise die spektralen Punkt- und Momentimpedanzen zwischen dem Schwingungsdämpfer un*x dem zu dämpfenden Körper bei Berücksichtigung eines Kopplungsgliedes aufeinander abgestimmt

Derartige Schwingungsdämpfer sind von M. H c c k 1 in jASA, Band 33, Nr. 5, S. 640 ff (1961) beschrieben. Der hier verwendete Schwingungsdämpfer besteht u. a. aus einer triangular zugeschnittenen Metallplatte, die auch hier offensichtlich mit ihrer Breitseite an dem zu dämpfenden Bauteil befestigt ist

Das in der US-PS 22 93 181 verwendete Hornteil mit Dämpfer ist hohl und dämpft Luftschall; nach Fig.4 kann dieses Rohr gewendelt sein.

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 Körperschallschwingurigen sind sogenannte Resonanzabsorber bekannt. Dsibei handelt es sich im wesentlichen um Feder/Masse-Sjrsteme, die an dem zu dämpfenden Körper anzubringen siijd. 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 Antidröhnbclägen 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 Körperschallschwingungen zu realisieren, der im besonderen eine geringere Schallabstrahlung und eine bessere Schallabschirmwirkung von Wandelementen aufweist, wobei außerdem möglichst aile Freiheitsgrade aktiviert werden sollen. Diese Aufgabenstellung ist dadurch gelöst, daß die Schmalseite des Hornteils mit einem an sich bekannten reflexionsfreien Abschluß in Fon η einer Dämpfungsstrecke versehen ist und daß Hornteil und Dämpfungsstrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgehend ausgestaltet sind Insbesondere durch letztere Maßnahme gelingt das Aktivieren mehrerer

ίο bzw. aller Freiheitsgrade.

Bei Hornteilen für Longitudinal-Transversal- und Torsionsschwingung können die für Hornlautsprecher und akustische Transformer entwickelten Beziehungen übernommen werden, wobei lediglich zu beachten ist, daß die Wellenfortpflanzung entgegen dem Fall beim Hornlautsprecher, in Richtung der Querschnittsverringerung erfolgt Bei z.B. exponentiellem Querschnittsverlauf des Hornteils zeigt sich, daß oberhalb der sogenannten cut-off-Frequenz die Eingangsimpedanz

μ 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 dadurch 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 zugrundeliegenden Wellengleichung 4. Ordnung gegenüber den obengenannten Wellenarten 2. Ordnung etwas kompliziertere, im wesentlichen aber analoge Impedanzverhältnisse.
Der reflexionsfreie Abschluß an der Schmalseite des Hornteils wird dadurch erreicht daß das Hornteil durch Materialwahl, durch dämpfende Überzüge und/oder Einlagen bedämpft wird. An der Schmalseite des Hornteils wird reflexionsfrei, d. h. T<it gleicher Trennimpedanz, eine Dämpfungsstrecke angeordnet Bei der Dämpfung von Erregerkräften fester Frequenzen und bei Eigenfrequenzen ist es zweckmäßig, die Impedanz des Hornteils an diesen Stellen zu überhöhen. Dies wird dadurch erreicht daß die Schmalseite des Hornteils mit einer entsprechenden Abschlußimpedanz versehen ist.

Um die Baulänge bei plattenförmigen Hornteilen mit Biegewellenleitung zu verkürzen, wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Biegewellen verringert Dies kann in einfacher Weise durch in Fortpflanzungsrichtung der Schwingungen zunehmende Massenbelegung und/oder abnehmende Steifigkeit der Dämpffungsstrekke erreicht werden. Außerdem ist es möglich, durch Schwächung der Biegesteifigkeit durch Einschnitte und Kerbungen die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen. In derartigen Leitern kann man vollkommen reflexionsfreie Biegewellenleitung erreichen, wenn sich entlang des Leiters die Biegewellenimpedanz nicht ändert.

Die Erfindung ist anhand der folgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert Es zeigt

6ö F i g. 1 einen Schwingungsdämpfer mit exponentiellem Querschnittsverlauf des Hornteils;

F i g. 2 einen Schwingungsdämpfer mit Biegewellenanregung;
F i g. 3 einen eingerollten Schwingungsdämpfer;

F i g. 4 einen gefalteten Schwingungsdämpfer;

Fig.5 einen in sich zurückgehenden Schwingungsdämpfer;

F i g. 6 einen gewendelten Schwingungsdämpfer;

Fig,7 Schwingungsdämpfer für reflexionsfreien Stababschuß;

Pig.8 Schwingungsdämpfer für reflexionsfreien Flächenabschluß;

P ig. 9 Schwingungsdämpfer für langgestreckte Dämpfungsteile;

Fig.to Schwingungsdämpfer ebenfalls für langgestreckte Dämpfungsteile;

F i g. 11 stresfenförmige Schwingungsdämpfer;

F i g. 12 Schwingungsdämpfer für Drehschwingungen,·

F i g. 13 Schwingungsdämpfer ebenfalls für Drehschwingungen.

In Fig. 1 ist ein 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 Das Hornteil 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 Homteils bedingen, ist es zweckmäßig, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen. Dies ist dadurch möglich, daß im Grundmaterial Gaseinschüsse 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 Horntei! 1 sind z. B. durch innere Materialdämpfung bedämpft, so daß das freie Ende der Dämpfungsstrecke 2 reflexionsfrei gemacht wurden kann.

Fig.2 stellt ein analoges Ausführungsbeispiel für einen Schwingungsdämpfer mit Biegewellenanregung dar. Hornteil 11 und die anschließende Dämpfungsstrekke 12 bestehen hier aus einem plattenförmigen Biegewellenleiter. Die Breite des Homteils 11 verkleinert sich nach einer gewählten Funktion und geht in die Dämpfungsstrecke 12 mit konstanter Breite über. An der Breitseite ist das Hornteil U über einen Steg 15 kraftschlüssig oder kraft- und momentschlüssig an der zu dämpfenden Struktur 13 befestigt Um einen reflexionsfreien Abschluß an der Schmalseite des Hornteüs U zu erreichen, sind Hornteil 11 und Dämpfungsstrecke 12 mit einem viskosen Dämpfungsbelag 14 versehen. Der Querschnittsverlauf und die Befestigungsart des Hornteils 11 an der Struktur 13 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 Schwingungsausschlägen geschichtet 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 Hornteilen erreichen, dutch die die bei der Schwingbeweg· vng verdrängte Luft überströmt.

Die Ausführungsbeispiele der Fig.3 bis 6 stellen analog zu der Fig.2 Schwingungsdämpfer mit auf Biegewellen angeregten Hornteilen dar, die zur Verringerung der Baugröße entsprechend modifiziert sind. In F i g. 3 ist das plattenförmige Hornteil 24 mit der sich daran anschließenden Dämpfungsstrecke 22 gerollt, und über einen Steg 25 an der zu dämpfenden Struktur 23 befestigt Die Plattendicke von Hornteil 21 und Dämpfungsstrecke 22 wird fortlaufend geringer. Dadurch kommt es zu einer Herabsetzung der Fortpflan- zungsgeschwindigkeit der Schwingungen und so zu einer Verkürzung der Baulänge. In Fig.4 ist das plattenförmige Homteil 31 mit der sich daran anschließenden Dämpfungsstrecke 32 gefaltet und über den Steg 35 an der Struktur 33 befestigt Hornteil 31 und

is 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 Fortrsflanzungsgeschwin digkeit der Schwingungen und damit die Baulänge herabzusetzen.

In F i g. 5 ist das plattenförmige Hornteil 41 abgesetzt und geht in sich selbst zurück. In Fig.6 ist das plattenförmige Hornteil 51 mit der daran anschließen den Dämpfungsstrecke 52 gewendelt Für reflexionsfrei en Abschluß, Breitenverlauf und Befestigungsart gelten hier analog die Ausführungen zu F i g. 2.

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

In Fig.7 ist ein reflexionsfreier Abschluß einer Balkenstruktur 63 dargestellt An das Balkenende schließt sich das Hornteil 61 an, das in die Dämpfungs strecke 62 mündet Um Eigenfrequenzen des Balkens auszugleichen, kann es zweckmäßig sein, anstelle einer vollständigen Dämfpung in Hornteil 61 und in der Dämpfungsstrecke 52, mit einer angepaßten Impedanz so abzuschließen, daß sich an den Resonanzstellen eine

•»ο Überhöhung ergibt Zur Verringerung der Baulänge ist es möglich, Hornteil 61 und Dämpfungsstrecke 62 um 180° gegeneinander umzubiegen.

F i g. 8 stellt das 2-dimensionale Analogem zum 1-dimensionalen Fall in Fi g. 7 dar. Un*. einen resonanz freien Abschluß einer Plattenstruktur 73 zu erreichen, sind an den Plattenrändern 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 Dämpfungsstrecke 72 um 180°,d. h. in Richtung zum Platteninntren umzubiegen.

In Fig.9 ist ein streifenförmiges Hornteil 81 zur Dämpfung von langgestreckten Balken- und Träger· strukturen dargestellt An das Hornteil 81 schließt sich wieder eine bedämpfte Dämpfungsstrecke an. Zur

Verringerung der Baulänge ist es möglich, Hornteil 81

und Dämpfungss'recke 82 zu rollen oder zu falten.

In Fig. 10 ist ein Schwingungsdämpfer für ebenfalls

6ö langgestreckte Strukturen oder für Flächen dargestellt. Er besteht aus einem langgestreckten Pefestigungssteg 95 mit daran angebrachten Hornteilen 91 und sich anschließenden Dämpfungsstrecken 92. Diese sind als Biegewellenleiter plattenförmig ausgebildet und aus einem Plattenstück gestanzt Zur besseren Materialausnützung und kompakteren Bauweise sind die Hornteile 91 in der dargestellten Weise asymmetrisch geformt. F i g. 11 stellt in Draufsicht einen Schwingungsdämp-

fer für langgestreckte Strukturen dar. Dieser wird über den Befestigungsstegen 105 angebracht Je 2 Hornteile 101 und 1OT münden in eine gemeinsame Dämpfungsstrecke 1OZ Diese ist wie die Hornteile 101 und 10Γ bedampft Mit dieser Anordnung gelingt es, den zur Verfügung stehenden Raum doppelt auszunützen. Anstelle der Breitenverringerung der Dämpfungsstrekke 102 ist es auch möglich, konstante Breite und entsprechende Verringerung der Dicke vorzunehmen. Fig. 12 stellt einen Schwingungsdämpfer für Dreh-

schwingungen dar, der an dem zu dämpfenden Wellenende anzubringen ist. Die Wellenschwingung wird in das Homteil 111 eingeleitet und pflanzt sich dort als Transversalwelle fort Diese wird in der anschließenden bedämpften Dämpfungsstrecke 112 abgebaut

Fig. 13 ist ebenfalls ein Schwingungsdämpfer für Torsionsschwingungen. Er wird an der zu dämpfenden Welle 123 angebracht. Über einen Befestigungsring 125 wird die Wellenschwingung in das Homteil 121 und die Dämpfungsstrecke 122 eingeleitet und gedämpft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Breitbandiger Schwingungsdämpfer in Form eines als Wellenleiter dienenden Hornteils aus kompaktem Material zum Reduzieren von Körperschall, wobei das Hornteil mit seiner Breitseiiiip an dem zu dämpfenden Körper befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseite des Horntefls(l, 11,21,31,41,51,61.71,81,91,101,, 111, 121) mit einem an sich bekannten reflexionrfreien Abschluß in Form einer Dämpfungsstrecke (2,1:2', 22, 32,42,52, 62, 72,82,92,102,112,122) versehen ist und daß Hornteil und Dämpfungsstrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgehend ausgestaltet sind.

2. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in Fortpflanzungsrichtung der Schwingungen zunehmende Massenbe-Iegung α-vd/oder abnehmende Steifigkeit der Diimpfungsstrec&e.