DE2412672B2 - Breitbandiger Schwingungsdämpfer zum Reduzieren von Körperschall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen breitbandigen Schwingungsdämpfer in Form eines als Wellenleiter dienenden Hornteils aus kompaktem Material ;rum Reduzieren von Körperschall, wobei das Hornteil mit seiner Breitseite an dem zu dämpfenden Körper befestigt ist, während die Schmalseite des Hornteils mit einem an sich bekannten reflexionsfreien Abschluß in Form einer Dämpfungsstrecke versehen ist und Hornteil und Dämpfungsstrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgehend ausgestaltet sind nach Patentanmeldung P 22 29 420 8-52 (vom 16.06.1972).

Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist in der Lage, Körperschiillschwingungen zu reduzieren, insbesondere solche, die von Wandelementen ausgehen. Der Schwingungsdämpfer kann dabei in bis zu allen sechs Freiheitsgraiden schwingen. Er kann gekrümmte, ge weadelte oder verdrillte Hornteile als Schwingungslei ter 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

is Schwingungsfreiheitsgraden auf.

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 Schwingungsdämpfers 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 gekennzeich net durch zusammenhängende, linien- oder flächenför mige 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, ist vorgesehen, die Schwingung im Hornteil nur unvollständig zu dämpfen.

Nach einem weiter ausgestaltenden Merkmal der Erfindung wird durch den Abschluß des Schwingungsdämpfers die spektrale Impedanz beeinflußt. Um 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 Steifigkeitsspriinge vorzusehen.

Zur Ausschaltung von Zwischenkopplungen bei gekrümmten Hornteilen sind zwei zueinander spiegelbildliche Hornteile zusammengeschaltet. Der gleiche Effekt kann aber auch dadurch erreicht werden, daß vier gewendelte Hornteile und zwei Achsen symmetrisch zusammengeschaltet sind.

Die Erfindung ist anhand folgender Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Wandelement mit einem gewellten Schwingungsdämpfer;

Fig.2 ein Wandelement mit gerollten Schwingungsdämpfern;

F i g. 3 ein Wandelement mit spiralförmigen Schwingungsdämpfern;

Fig.4 ein Wandelement mit gewendelten Schwingungsdämpfern;

Fig.5 ein Wandelement mit scbuppenförmigen Schwingungsdämpfer^

Fig.6 ein Wandelement mit einem gewellten Schwingungsdämpfer in Flachbauweise;

Fig.7 ein Wandelement mit integrierten Schwingungsdämpfer;

F i g. 8 ein gewendelter Schwingungsdämpfer;

F i g. 9 ein Schwingungsdämpfer für Hydraulikleitungen;

Fig. 10 ein in -sich zurückgehender Schwingungsdämpfer.

In F i g. 1 ist ein Wandelement, bestehend aus der Deckwand 1 und einem 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 Qaerschnittsverlauf und Krümmungsradius des Schwingungsdämpfers 2 bzw. der Hornteile 4 ist entsprechend der geforderten Impedanzmatrix bezogen auf die Befestigung 2 ausgebildet. Die Hornteile 4 bestehen aus einem Material mit hoher innerer Dämpfung, z. B. aus Blei 2s 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 5 erreicht werden.

Fällt eine Schallwelle auf die Deckwand 1, so wird die hierdurch erzwungene Normalenbewegung über die Befestigungen 3 in die Hornteile 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 Helligkeit des Kapselinnenraumes zu verringern, ist es zweckmäßig, diese in bekannter Weise mit Absorptionsmaterial auszukleiden.

Das Wandelement gemäß der F i g. 1 hat in Richtung der gewellten Hornteile 4 eine hohe Steifigkeit, während die Querrichtung vergleichsweise flexibel ist. Um eine hohe Biegefestigkeit ebenfalls in Querrichtung zu erhalten, kann eine Rippung erfolgen, oder es können so im Kreuzverband zwei Wandelemente mit zueinander senkrechten Wellungen vorgesehen werden.

Das Wandelement gemäß Fig.2 besteht aus einer Deckwand It und gerollten Hornteilen 12. Diese sind im Bereich 13 an der Deckwand H 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 Dämpfungsbelag 15 mit der Befestigungsstelle 13 oder dem Fußteil des Hornteils 12 verbunden. Bei Anpassung der Dämpfungskonstante des Dämpfungsbelages IS 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 F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit spiral

förmigen 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. f>er Querschnittsveriauf (Breite und Dicke der Spiralanne 24) und die Krümmung richtet sich nach der geforderten Impedanzmatrix. Gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 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 Normalrichtung der Deckwand 1. Die Hornteile 22 bestehen aus Material mit hoher innerer Dämpfung oder sind mit Dämpfungsbelägen versehen. Zweckmäßigerweise sind diese zwischen 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 21« verringern, sind die einzelnen Lagen versetzt angebracht. Um Resonanzuberhöhungen der Impedanzmatrix zu erreichen, können die Hornteile 22 Endmassen 23 aufweisen. Resonanzüberhöhungen sind im allgemeinen durch nichtreflexionsfreie Abschlüsse realisierbar.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist weitgehend analog zu denjenigen der F i g. 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 Ausführungsform 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 42 dar. Diese sind über die Befestigung 43 an einer Deckwand 41 kraft- und momentschlüssig angebracht. Zur Vergrößerung der Anzahl der Schwingungsfreiheitsgrade können anstelle der Hornteile 42 entsprechend der Ausführungsform nach Fig.3 solche mit spiralförmiger Ausbildung eingesetzt werden.

In den Ausführungsbeispielen der F< g.! 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 werden. Durch Größe und Anordnung der Ausgleichsbohrungen kann auch die spektrale Impedanzmatrix beeinflußt werden. Im besonderen sind

damit Resonanzüberhöhungen möglich. Bei feinporigen Ausgleichsbohrungen 54 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 Querschnittsverjüngung in F i g. 1 bis 5 angewendet werden.

In F i g. 7 ist ein Wandelement, bestehend aus einer Deckschicht 61 und darauf befindlichen Hornteilen 62, dargestellt Die Hornteile 62 bilden in der dargestellten Weise einen Kreuzverband. Zur besseren Dämpfung befinden sich in den Hornteilen 62 durchgehende Blechstreifen 68, aus einem Material mit höherem Elastzitätsmodul als die Hornteile 62. Diese sind mit der Deckschicht 61 verbunden, so daß sich vor allem im verjüngenden Teil des Homteils 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.

In F i g. 8 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem nach Art der Schraubenfeder 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 F i g. 9 ist ein Ausführungsbeispiel zur Dämpfung von Hydraulik-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 Ringspalten sind mit dem Leitungsstück 81 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 Element 98 ein kegelförmiges Teil mit hoher Steifigkeit dar. Bei langgestreckter, streifenförmiger Ausführung ist das Element 98 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 Fig. 1 bis 10 war vor allem an den Einsatz bei Maschinenanlagen gedacht Die dargestellten Ausführungsbeispiele lassen sich sinngemäß auch auf Erschütterungsschutz 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 dünnwandige volumenelastische Stoffe z. B. Styropor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Breitbandiger Schwingungsdämpfer in .Form eines als Wellenleiter dienenden Hornteils aus kompaktem Material zum Reduzieren von Körperschall, wobei das Horntefl mit seiner Breitseite an dem zu dämpfenden Körper befestigt ist, während die Schmalseite des Hornteils mit einem an sich bekannten reflexionsfreien Anschluß in Form einer Dämpfungsstrecke versehen ist und Hornteii und Dämpfungsstrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgehend ausgestaltet sind, nach Patentanmeldung P 22 29 420.8-52 ,(vom 16.05.1972), dadurch gekennzeichnet, daß das verjüngte Ende des Hornteils über einen Dämpfungsstoff mit einem Abstützpunkt verbunden ist

2. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützpunkt der zu dämpfende Körper dient

3. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützpunkt der Fußteil des Hornteils dient.

4. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskonstante des Dämpfungsstoffs gleich oder annähernd gleich der Abschlußimpedan:: des Hornteils ist.

5. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch zusammenhängende, linien- oder flächenförmige Horntei-Ie, die derart an dem zu dämpfenden Korper befestigt sind, daß die Steifigkeit des gesamten Gebildes erhöht wird.

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. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, <iaß im Hornteil Zwischen- und/oder Endmassen angebracht sind.

8. Breitbandiger Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hornteil Steifigkeitsspriinge vorgesehen sind.

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 zusammengeschaltet sind.

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.