DE2531866A1 - Wandelement zur schallabsorption unter ausnutzung des koinzidenzeffektes - Google Patents

Description

• Wandelement zur Schallabsorption unter Ausnutzung des Koinzidenzeffektes Die erfindung bezieht sich auf ein Wandelement zur Schallabsorption mit geschlossener Oberfläche und hoher mechanischer, korrosiver und thermischer Festigkeit unter Ausnützung des Koinzidenzeffektes. Es ist beabsichtigt, eine Schalldämpfung insbesondere in Kanälen, Kapseln, Räumen und bei Ansaug- und ;.uslaßströmungen herbeizuführen.
• Bekannt für diese Aufgabenstellung sind Absorptionsmaterialien der verschiedensten Ausführungsformen. Bei diesen wird durch die Reibbewegung von Schalischwelle und Absorptionsstoff der Schall in Wärme übergeführt. Um hohe Absorptionswerte zu erreichen, kommt es darauf an, eine möglichst weiche, offenporige Absorberoberfläche und eine ausreichende Absorbertiefe zur Verfügung zu haben. Außerdem ist beim Einsatz von absorbierenden Raumwänden bzw. Decken ein Mindestabstand von ca. einem Viertel der Schallwellenlänge vom Absorber zur Wand notwendig, um im Bereich wirksamer Schwellbewegung zu liegen.
• Ein Nachteil der beschriebenen Absorptionsmaterialien ist deren geringe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung, Feuchtigkeit und Verrottung. £ur Ausschaltung dieser Nachteile sind z. B. Abdeckfolien und Lochblenden notwendig.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schalldämpferelemente vorzuschlagen mit glatten, geschlossenen Oberflächen hoher mechanischer Festigkeit gegenüber Belastungen und Strömungen und Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, Korrosion und Wärme. Zum weiteren soll die Eigensteifigkeit der Schalidämpfungselemente so groß sein, daß sie als selbsttragende Elemente ohne besondere Haltekonstruktionen verwendet werden können.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird unter Verwendung eines Wandelementes der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die Geschwindigkeit der Oberflächenwellen des uandelements in an sich bekannter Weise der Spurgeschwindigkeit der Schallwellen im zu dämpfenden Umgebungsmedium angepaßt ist, so daß die Trennimpedanz des Wandelementes dem Wellenwiderstand des Umgebungsmediums gleichkommt und die Oberflächenwellen im Wandelement durch Dämpfer abgebaut werden. Es werden erfindungsgemäß Wandelemente mit Oberflächenwellen, z. B. Biegewellen oder Membranwellen mit Koinzidenzanpassung benützt. Dieser Effekt ist z. B. in negativer Hinsicht aus der Bauakustik bekannt, wo beim sogenannten Koinzidenzdurchgang bei Fenstern und Wänden ein Einbruch in der Schallisolation eintritt. Dies liegt dann vor, wenn die Spurgeschwindigkeit der Luftschallwelle mit der Biegewellengeschwindigkeit der Trennwand übereinstimmt. Diesen auch als Spuranpassung bezeichneten Effekt kann man als eine räumliche Resonanz auffassen. Hierbei verringert sich die Trennimpedanz der Wandoberfläche. Hat diese die Größenordnung des Wellenwiderstandes des Umgebungsmediums erreicht, so wird die auf die Wand auftreffende Schallenergie nicht reflektiert, sondern wird von der Wand aufgenommen. Die Dämpfung erfolgt durch die inneren Verluste der Wand und durch spezielle Randdampfer.
• Bei vorgespannten Membranen kann die Spannung so auf das Flächengewicht abgestimmt werden, daß - bei streifendem Einfall, z. B. in Kanälen - für alle Frequenzen Spuranpassung vorliegt. Bei Biegewellen und anderen Wellenarten, die eine höhere als die zweite Crdnung aufweisen, ist die Wellengeschwin digkeit frequenzabhängig. Um iJandelementen mit Biegewellen eine breitbandige Koinzidenzanpassung zu geben, wird weiterhin erfindungsgemäß durch unterschiedliche Wandsteifigkeit bzw. durch unterschiedliches Gewicht die Biegewellengeschwindigkeit über cinen großen Geschwindigkeitsbereich verbreitert. Vorteilhaft sind insbesondere Wandelemente mit in Schallrichtung abnehmender Wellengeschwindigkeit. Ebenso sind Wandelemente mit seitlicher Geschwindigkeitsabnahme und anderen Abnahmerichtungen brauchbar.
• 13m wieder in Kanälen mit einer ausgeprägten Vorzugsrichtung der Schal leitung eine breitbandige Koinzidenzanpassung von Biegewellen zu gewährleisten, werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Wandelemente anisotroper Steifigkeit und damit richtungsunterschiedlicher Wellengeschwindigkeit verwendet. Dies können z. B. in einer Richtung gewellte Bleche oder faserverstärkte Kunststoffe mit bevorzugter Faserrichtung sein.
• Un nach einem weiteren Merkmal der erfindung die Biegewellen geschwindigkeit zu erhöhen, wird die Luftfederung zwischen Oberfläche und der abstützenden Wand benützt. Zur breitbandigen Koinzidenzanpassung kann analog zu oben die Wellengeschwindio keit durch unterschiedliche Dicke des Luftpolsters verbreitert werden.
• Die Erfindung ist an Hand der folgenden eichnungsbeschreibung naher erläutert. Ds zeigen: Fig. l ein Wandelement in Bienenwaben-Ausführung, Fig. 2 ein Wandelement in Wellblechausführung, Fig. 3 ein Wandelement mit Luftpolsterfederung im Querschnitt.
• In Fig. 1 ist ein Wandelement 1 für Koinzidenzdämpfung dargestellt. Es besteht aus dünnwandigen Deckflachen 2, die durch einen gewichtsarmen Abstandshalter 3, z. B. eine Honigwabenstruktur, fest verbunden sind. An einem oder mehreren Rändern des Wandelementes 1 sind Randdämpf er 4 angebracht. Diese haben die Aufgabe, die im Wandelement l angeregte Biegewelle zu d.impfen. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich hierbei um Einschnitte, die eine exponentielle Querschnittsverjüngung der Streifen ergeben. In den Einschnitten befindet sich ein Dampfungsstoff 5, z. B. Gummi. Dabei wird die Biegewelle auf einen kleineren Querschnitt konzentriert und durch die Relativhewegung der Streifen untereinander im Dämpfungsstoff 5 abgebaut.
• Bei einer Vorzugsrichtung der Schallausbreitung, wie sie z. B.
• in engen Kanälen vorliegt, ist es zweckmäßig, die Dicke des Wandelements 1 durch Verringerung der Honigwabenstruktur 3 in dieser Richtung zu verjüngen.
• Dem Aufbau entsprechend wirken die Wandelemente l doppelseitig.
• Um eine Druckkompensation von Vorder- und Rückseite zu vermeiden, sind die Wandelemente so groß auszuführen, daß sich jeweils getrennte Kanal räume ergeben.
• In Fi. 2 ist ein Wandelement 6 mit anisotroner Steifigkeitsverteilung dargestellt. Diese wird z. B. dadurch erreicht, daß die Deckflächen 7 durch einen gewellten Abstandshalter 8 verbunden sind. In Wellenrichtung ist aufgrund der größeren Steifigkeit die Biegewellengeschwindigkeit höher als in der Cuerrichtung. Zusätzlich ist es möglich, die Wellenhöhe nach einer Richtung zu verringern. Vorzugsweise an den verjüngten Ründern des Wandelements 6 befinden sich Randdämpfer 9. Diese sind in diesem Ausführungsbeispiel durch eine plastische Halterung des Wandelementes 6 verwirklicht. Diese Technik ist z. B. bei der reflexionsfreien Einspannung von Fensterscheiben bekannt.
• Fig. 3 stellt ein Wandelement 10 für doppelseitige Koinzidenzdämpfung unter Ausnützung der Federung eines Luftpolsters dar.
• Es besteht aus den Deckrluchen 11, einem innen liegenden Stützskelett 12 und einem dazwischen liegenden Luftpolster 13, das in kleine Kammern unterteilt ist. Dies wird z. 3. durch einen mehr oder weniger geschlossenporigen Schaumstoff erreicht. Um wieder den Geschwindigkeitsbereich der Oberflächenwellen zu verbreitern, kann die Höhe des Luftpolsters 13 über das Wandelement 10 variieren. An den Rändern des Wandelements 10 befinden sich wiederum Randdämpfer 14. In vorliegendem Ausführungsbeispiel sind diese durch viskose Schichten zunehmender Dicke auf den Deckflächen 11 realisiert.- Diese Wandform kann sinngemäß auch einseitig ausgeführt werden.
• - Patentansprüche -

Claims (6)

1. Patentansprche 1. Wandelement zur Schallabsorption mit geschlossener Oberfläche und hoher mechanischer, korrosiver und thermischer Festigkeit unter Ausnützung des Koinzidenzeffektes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Geschwindigkeit der Oberflächenwellen des Wandelements in an sich bekanntcr Weise der Spurgeschwindigkeit der .challwellen im zu dämpfenden Umgebungsmedium angepaßt ist, so daß Trennimpedanz des Wandelementes dem Wollenwiderstand des Umgebungsmediums gleichkommt und die Oberflächenwellen im Wandelement durch Dämpfer abgebaut werden.
2. 2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Verbreiterung des Geschwindigkeitsbereiches der Oberflächenwellen Wandelemente mit in einer Richtung abnehmender Wellengeschwindigkeit verwendet werden.
3. 3. Wandelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Verbreiterung des Geschwindigkeitsbereiches der Oberflächenwellen Wandelemente mit anisotroper Steifigkeitsverteilung und dadurch richtungsabhängiger Wellengeschwindigkeit verwendet werden.
4. 4. Wandelement nach Anspruch l, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Erhöhung der Oberflächengeschwindigkeit bei Minimierung der Trennimpedanz ein Luftpolster (12) mit geschlossenen Kammern zwischen Deckfläche (11) und Stützskelett (12) verwendet wird.
5. 5. randelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß z zur Randdämpfung der Wandelemente in diesen Einschnitte so angebracht sind, daß sich die Streifenflächen exponentiell verjüngen und die Einschnitte selbst mit viskosem Dämpfungsmaterial ausgefüllt sind.
6. 6. Wandelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e -k e n n - e i c h n c t , daß die Halterungen der Wandelemente in an sich bekannter Weise als reflexionsfreie Randdümpfer ausgeführt sind.

   L e e r s e i t e