DE2412672A1 - Breitbandiger schwingungsdaempfer - Google Patents

Description

MhSSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM Ottobrunn, den 13. März 1974

GESELLSCHAFT BS64 - Frc/Schö MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

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Brei tbandiger Schwingungsdämpfer.

Die Erfindung bezieht sich auf einen breitbandigen Schwingungsdämpfer zur Reduzierung von Kirperscnall mit einem Hornteii., welches mit seiner Breitseite kraf.tschlüssig oder kraft- und momentschlüssig an dem zu dämpfendem Körper zu befestigen ist, so daß sich im Hornteil in dessen Längsrichtung Körperschallwellen ausbreiten können und daß der Querschnitt des Hornteils in der Weise sich verjüngend ausgebildet ist, daß.in an sich bekannter Weise die auf den Befestigungspunkt des Schwingungsdämpfers bezogene spektrale Punkt- und Momentimpedanz und das Kopplungsglied eingestellt ist/ während das verjüngte Ende des Hornteils reflexionsfrei abgeschlossen ist nach Patent (Patentanmeldung P 22 29 420.8).

Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist in der Lage, Körperschallschwingungen zu reduzieren, insbesondere solche, die von Wandelementen ausgehen. Der Schwingungsdämpfer kann dabei in bis zu allen sechs Freiheitsgraden schwingen. Er kann gekrümmte, gewendelte oder verdrillte Hornteile als Schwingungsleiter enthalten, deren Querschnitt sich in Ausbreitungsrichtung in an sich bekannter Weise verjüngt und die bedämpft sind. Die Impedanzmatrix solcher Elemente weist Kopplungsglieder zwischen den einzelnen Schwingungsfreiheitsgraden auf.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen'breitbandigen Schwingungsdämpfer der obengenannten Art so zu verbessern, daß er eine noch geringere Schallabstrahlung und bessere Schallabschirmwirkung hat. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verjüngte Ende des Hornteils über einen Dämpfungsstoff mit einem Abstützpunkt verbunden ist. Als Abstützpunkte können der zu dämpfende Körper oder beispielsweise auch der Fußteil des Hornteils dienen. Da der sich verjüngende Querschnitt des Hornteils wie ein Transformator wirkt, der die eingeleitete Schwingung auf große Ausschläge aber geringere Schwingungskräfte bringt, kann sich das geschwindigkeitsproportionale Dämpfungsglied wegen der verringerten Kräfte auf dem zu dämpfenden Bauteil oder an benachbarten Teilen des Schwinguhsdämpfers abstützen. Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Dämpfungskonstante des Dämpfungsstoffs gleich oder annähernd gleich der Abschlußimpedanz des Hornteils ist.

Um im unteren Frequenzbereich die Dämmwirkung durch die Wandsteifigkeit zu erhöhen und um gleichzeitig selbsttragende Wandelemente zu erhalten, ist der neue Schwingungsdämpfer weiter gekennzeichnet durch zusammenhängende, linien- oder flächenförmige Hornteile, die derart an dem zu dämpfenden Körper befestigt sind, daß die Steifigkeit des gesamten Gebildes erhöht wird.

Um die Impedanz bei vorgegebenen Frequenzen zu überhöhen, sieht die Erfindung vor, die Schwingung im Hornteil nur unvollständig zu dämpfen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird durch den Abschluß des Schwingungsdämpfers die spektrale Impedanz beeinflußt. Un z.B. ResonanzÜberhöhungen zu erhalten, wird ein nicht-reflexionsfreier Abschluß vorgesehen. Dies wird dadurch erreicht, daß zur überhöhung der Impedanz bei vorgegebenen Frequenzen die Schwingung im Hornteil nur unvollständig gedämpft wird. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, im Hornteil Steifigkeitssprünge vorzusehen.

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Zur Ausschaltung von Swischenkopplungen bei gekrümmten Hornteilen sind erfindungsgemäß zwei zueinander spiegelbildliche Hornteile zusammengeschaltet. Der gleiche Effekt kann gemäß der Erfindung aber aucn dadurch erreicht werden, daß vier gewendelte Hornteile und zwei Achsen symmetrisch zusammengeschaltet sind.

Der. Erfindungsgegenstand ist anhand folgender Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Wandelement mit einem gewellten Schwingungsdämpfer; Fig. 2 ein Wandelement mit gerollten Schwingungsdämpfern; Fig. 3 ein Wandelement mit spiralförmigen Schwingungsdämpfern; Fig. 4 ein Wandelement mit gev/endelten Schwingungsdämpfern; Fig. h ein Wandelement mit schuppenförmigen Schwingungsdämpfern; Fig. ti ei-n Wandelement mit einem gewellten Schwingungsdämpfer in Flachbauweise;

Fig. 7 ein Wandelement mit integriertem Schwingungsdämpfer; Fig. 8 ein gewendelter Schwingungsdämpfer; Fig. y ein Schwingungsdämpfer für Hydraulikleitungen; Fig.10 ein in sich zurückgehender Schwingungsdämpfer.

In Fig. .1 ist ein Wandelement, bestehend aus der Deckwand 1 und einein gewellten Schwingungsdämpfer 2 in Form von Hornteilen 4 dargestellt. Diese sind über Befestigungen 3, z.B. Nieten, Punktschweißungen, usw. mit der Deckwand 1 verbunden. Der Querschnittsverlauf und Krümmungsradius des Schwingungsdämpfers bzw. der Hornteile 4 ist entsprechend der geforderten Impedanzmatrix bezogen auf die Befestigung 2 ausgebildet. Die Hornteile bestehen aus einem Material mit hoher innerer Dämpfung, z.B. aus Blei oder Plastikstoffen. Die Dämpfung kann aber auch durch Belegen der Hornteile 4 mit Dämpfungsbelägen oder durch Ausschäumen der durch die Wellungen entstehenden Innenräume mit Dämpfungsstoffen erreicht werden.

Fällt eine Schallwelle auf die Deckwand 1, so wird die hierdurch erzwungene Normalenbewegung über die Befestigungen 3 in die Horn-

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teile 4 eingeleitet. Dort pflanzt sich die Normalenbewegung im wesentlichen als Biegewelle in Richtung des verjüngenden Querschnitts fort. Infolge der Querschnittsverjüngung verringert sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und damit die Wellenlänge der Biegeschwingung. Dadurch verkleinert sich entsprechend die notwendige Dämpfungsstrecke. Die Dämpfungswirkung des Wandelementes ist unabhängig von der Einfallsseite und dem Einfallswinkel der Schallwelle. Um vor allem bei Kapselungen die Halligkeit des Kapselinnenraumes zu verringern, ist es zweckmäßig, diese in bekannter Weise mit Absorptionsmaterial auszukleiden.

Das Wandelement gemäß der Fig. 1 hat in Richtung der gewellten Hornteile 4 eine none Steifigkeit, während die Querrichtung vergleichsweise flexibel ist. Um eine hohe Biegefestigkeit ebenfalls in Querrichtung zu erhalten, kann eine Rippung erfolgen, oder es können im Kreuzverband zwei Wandelemente mit zueinander senkrechten Wellungen vorgesehen werden.

Das Wandelement gemäß Fig. 2 besteht aus einer Deckwand 11 und gerollten Hornteilen 12. Diese sind im Bereich 13 an der Deckwand

11 befestigt. Der Querschnitt des Hornteils 12 verjüngt sich von der Befestigungsstelle 13 aus gesehen beidseitig. Die freien Enden 14 sind überlappt und durch einen viskosen Dämpfungs-belag 15 mit der Befestigungsstelle 13 oder dem Fußteil des Hornteils

12 verbunden. Bei Anpassung der Dämpfungskonstante des Dämpfungsbelages 15 an die Impedanz der freien Enden 14 kann deren Schwingungsbewegung auf einer kurzen Strecke abgedämpft werden. Dank der Transformatorwirkung der Querschnittsverjüngung sind die Schwingungskräfte an dem freien Ende 14 herabgesetzt, so daß dessen Rückwirkung unerheblich ist.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit spiralförmigen Hornteilen 22, die über die Befestigungen 23 an der Deckwand 21 angebracht sind. Die Spiralarme 24 der Hornteile 22 haben gegenüber der Deckwand 21 und auch gegeneinander einen gewissen Abstand um frei schwingen zu können. Der Querschnittsverlauf (Breite und

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Dicke der Spiralarme 24) und die Krümmung richtet sich nach der geforderten Impedanzmatrix. Gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 wird das spiralförmige Hornteil 22 zusätzlich zu Torsionsschwingungen angeregt. Um eventuell störende Kopplungen zwischen den einzelnen Schwingungsfreiheitsgraden auszuschalten, sind vorteilhafterweise je vier Hornteile 22 so zusammengeschaltet, daß sich Symmetrie zu den beiden Achsen ergibt. Dadurch heben sich die Kopplungsglieder gegenseitig auf und es ergibt sich eine kopplungsfreie Dämpfung in Normalenrichtung der Deckwand 1. Die Hornteile 22 bestehen aus Material mit hoher innerer Dämpfung oder sind mit Dämpfungsbelägen versehen. Zweckmäßigerweise sind diese/den einzelnen Spiralwindungen angebracht, so daß sich aufgrund der Relativbewegung der Spiralwindungen zueinander die Dämpfung ergibt. Um die Impedanz zu erhöhen, sind zwei- oder mehrstöckige Lagen von Hornteilen 22 möglich. Um die Abstände der Befestigungspunkte 23 zu verringern, sind die einzelnen Lagen versetzt angebracht. Um Resonanzüberhöhungen der Impedanzmatrix zu erreichen, können die Hornteile 22 Endmassen 25 aufweisen. Resonanzüberhöhungen sind im allgemeinen durch nichtreflexionsfreie Abschlüsse realisierbar.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist weitgehend analog zu denjenigen der Fig. 3. Auf einer Deckhaut 31 sind gewendelte Hornteile 32 über Befestigungen 33 angebracht. Die Hornteile 32 können aus Draht oder Borsten bestehen. Die Deckhaut 31 kann bei entsprechend enger Anordnung der Hornteile 32 flexibel aus Folie oder luftundurchlässigem Gewirke bestehen. Eine solche Ausjührungsform eignet sich vor allem als Lärmvorhang. Die Querschnitts- bzw. Steifigkeitsverringerung der Hornteile 32 kann auch dadurch erreicht werden, daß mehrere, verschieden lange Einzelborsten zusammengefaßt sind. Die Reibung der Einzelborsten untereinander erhöht gleichzeitig die Schwingungsdämpfung.

Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel mit schuppenförmig angeordneten Hornteilen 4 2 dar. Diese sind über die Befestigung 43 an einer Deckwand 41 kraft- und momentschlüssig angebracht. Zur Vergrößerung der Anzahl der Schwingungsfreiheitsgrade können an-

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stelle der Hornteile 42 entsprechend der Ausfü-hrungsform nach Fig. 3 solche mit spiralförmiger Ausbildung eingesetzt v/erden.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 5 wurde der gewünschte Querschnittsverlauf der Hornteile 2, 12, 22, 32 und 42 im wesentlichen durch die Dicke und/oder Breite erreicht. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wird bei praktisch gleichem Querschnitt die Biegesteifigkeit des Schwingungsdämpfers in Ausbreitungsrichtung verringert. Dies wird dadurch erreicht, daß die einzelnen Hornteile 52 eine in Ausbreitungsrichtung abnehmende Wellung aufweisen. Auch dadurch verringert sich die Wellenlänge der über die Befestigungsstellen 53 von der Deckwand 51 eingeleiteten Schwingungen. Durch Ausgleichsbohrungen 54 kann die Luftfederung zwischen der Deckwand 51 und dem Hornteil 52 verringert v/erden. Durch Größe und Anordnung der Ausgleichsbohrungen kann auch die spektrale Impedanzmatrix beeinflußt werden. Im besonderen sind damit Resonanzüberhöhungen möglich. Bei feinporigen Ausgleichsbohrungen kann die erzwungene Luftbewegung als geschwindigkeitsproportionaler Dämpfungsmechanismus mit ausgenützt werden. Derselbe Effekt wird auch durch Dämpfungsstoffe zwischen dem Hornteil 52 und der zu dämpfenden Deckwand 51 erreicht. Sinngemäß kann das in Fig. 6 angewandte Prinzip der Steifigkeitsveränderung auch anstelle der Querschnitts Verjüngung in Fig. 1 b:f.s 5 angewendet werden.

In Fig. 7 ist ein Wandelement, bestehend aus einer Deckschicht 61 und darauf befindlichen Hornteilen 62,dargestellt. Die Hornteile ö2 bilden in der dargestellten Weise einen Kreuzverband. Zur besseren Dämpfung befinden sich in den Hornteilen 62 durchgehende Blechstreifen 68, aus einem Material ir.it höherem Elastikzitätsmodul als die Hornteile 62. Diese sind mit der Deckschicht 61 verbünden, so daß sich vor allem im verjüngenden Teil des Hornteils durch die Relativbewegung eine rasche Abdämpfung ergibt. Durch den Kreuzverband der Blechstreifen 68 wird zudem die Steifigkeit der Deckwand 61 erhöht. Werden die Hornteile 62 aus offenporigem Material hergestellt, bzw. mit einem solchen überzogen, so ist nach Art der λ/4-Keile die Luftschallabsorption zu erreichen.

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In Fig. ö ist ein Ausführungsbeispiel mit einem nach Art der ScnrauDenfeder gewendelten Hornteil 72 dargestellt. Um Kippmomente, bedingt durch die Zwischenkopplung, auszugleichen, ist es zwecKmäßig, zwei- oder mehrgängige Wendelungen vorzusehen. Zur Dämpfung kann sich in den Zwischenräumen zwischen den Hornteilen 72 ein Dämpfungsbelag 76 befinden.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel zur Dämpfung von Hydrauli-Leitungen u.dgl» dargestellt. Das Hornteil 82 befindet sich in dem Leitungsstück 81. Das Hornteil 82 wird durch konzentrische Ringe 88 gebildet, die so dimensioniert sind,daß sich die Querschnittsfläche der Ringspalte stetig verjüngt. Die Pingspalten sind mit dem Leitungsstück d1 verbunden und ebenfalls mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Schwingungen der Arbeitsflüssigkeit, herrührend von Pumpen oder Verbrauchern, pflanzen sich ebenfalls in dem hornteil 82 fort; sie werden durch die enger werdenden Spaltquerschnitte auf die kleinere Fläche konzentriert und abgedämpft. Anstelle der freien Verbindung von Leitungsstück 81 und Hornteil 82 kann auch eine Membranabdeckung vorgesehen werden.

Fig. 10 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Schwingungsdämpfers mit verkürzter Baulänge dar. Das Hornteil 92 ist dabei über ein kraft- und momentschlüssiges Element 98 mit dem zurückgehenden Hornteil 92' verbunden. Bei rotationssymmetrischer Ausführung stellt das Llement 98 ein kegelförmiges Teil mit hoher Steifigkeit dar. Bei langgestreckter, streifenförmiger Ausführung iet das Element ein Materialstreifen, der zur Erhöhung der Steifigkeit Querwellen aufweist. Zur Dämpfung ragt das freie Ende des Hornteils 92' in eine geeignete Dämpfungsraste 96.

Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 10 war vor allem an den Einsatz bei Maschinenanlagen gedacht. Die dargestellten Ausführungsbeispiele lassen sich sinngemäß auch auf Erschütterungsscnutz von Gebäuden, zur Dämpfung von Wohnungslärm usw. übertragen. Zweckmäßigerweise werden dabei die Hornteile aus bauüblichem Material, z.B. Beton hergestellt und in den Bauverband integriert. Die Begrenzung der Hornteile und gleichzeitig die Gießform bilden lünnwandige volumenelastische Stoffe z.B. Styropor.

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Claims (10)

1. MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM -8- Ottobrunn, den 13. März 1974

   GESELLSCHAFT BS64 - Frc/Schö

   MIT BESCHRANKTER HAFTUNG

   MÜNCHEN 7674

   Patentansprüche

   I1) Breitbandiger Schwingungsdämpfer zur Reduzierung von Körperschall mit einem Hornteil, welches mit seiner Breitseite kraftschlüssig oder kraft- und momentschlüssig an dem zu dämpfendem Körper zu befestigen i3t, so daß sich im Hornteil in dessen Längsrichtung Körperschallwellen ausbreiten können und daß der Querschnitt des Hornteils in der Weise sich verjüngend ausgebildet i3t, daß in an sich bekannter Weise die auf den Befestigungspunkt des Schwingungsdämpfers bezogene spektrale Punkt- und Momentimpedanz und das Kopplungsglied eingestellt ist, während das verjüngte Ende des Hornteils reflexionsfrei

   abgeschlossen ist nach Patent (Patentanmeldung

   P 22 29 420.8), dadurch gekennzeichnet, daß das verjüngte Ende des Hornteils über einen Dämpfungsstoff mit einem Abstützpunkt verbunden ist.
2. 2. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützpunkt der zu dämpfende Körper dient.
3. 3. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützpunkt der Fußteil des Hornteils dient.
4. 4. Breitbandiger Schwingunsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskonstante des DämpfungsStoffs gleich oder annähernd gleich der Abschlußimpedanz des Hornteils ist.
5. 5. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch zusammenhängende, linlen- oder flächenförmige Hornteile, die derart an dem zu dämpfenden Körper befestigt sind, daß die Steifigkeit des gesamten Gebildes erhöht wird. 509838/0215 /9

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6. 6. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überhöhung der Impedanz bei vorgegebenen Frequenzen die Schwingung im Hornteil nur unvollständig gedämpft wird.
7. 7. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hornteil Zwischen- und/oder Endmassen angebracht sind.
8. 8. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeicnnet, daß im Hornteil Steifigkeitsspriinge vorgesenen sind.
9. 9. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung von Zwischenkopplungen bei gekrümmten Hornteilen zwei zueinander spiegelbildliche Hornteile zuaammengeschaltet sind.
10. 10.Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung von Zwischenkopplungen vier gewendelte Hornteile und zwei Achsen symmetrisch zusammengeschaltet sind.

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