DE2617000A1 - Kulissen-schalldaempfer - Google Patents

Description

Grünzweig + Hartmann 3 P 6O1 D und C-M 616 und Glasfaser AG ^ _{Apr±1 1g?6}

Bgm. Grünzweig-Str. 1-47
6700 Ludv/igshaf en/Rhein TE-ND2 f-ho

Anmelder in; GRÜNZVTEIG + HARTMANN UND GLASFASER AG 6700 Ludwigshafen am Rhein

Kulissen-Schalldämpfer

Gegenstand der Erfindung ist ein Kulissen-Schalldämpfer, mit mindestens zwei einander gegenüberliegendeii schallabsorbierenden Berandungen des freien Kanalquerschnittes, wobei die akustischen E-ingangsleitwerte dieser Berandungen in Schallausbreitungsrichtung konstant oder abschnittsweise konstant sind.

Kulissen-Schalldämpfer werden in Kanälen oder Rohrleitungen, hier zusammenfassend Kanäle genannt, eingebaut. Bekannt sind schalldämpfende Vorrichtungen, welche die Pegelerniedrigung durch schallabsorbierende Ausbildung der Berandungsoberflächen des freien Kanalquerschnittes erzielen. Da die Schalldämpfung mit wachsendem gegenseitigem Abstand der schallabsorbierenden Oberfläche abnimmt, werden sehr oft die freien Kanalquerschnitte durch sogenannte Kulissen unterteilt,

»098U/0547

P 601 D und GM 816

welche für die entstehenden Teilquerschnitte die schallabsorbierende Berandung darstellen. Hierbei können die Kulissen eben oder rund sein oder andere Formen und Anordnungen auf v/eisen. Diese Schalldämpfer sind deshalb von grosser praktischer Bedeutung, weil sie eine sehr kostengünstige Ausführungsform darstellen.

Untersuchungen, die in der Fachliteratur und in Lehrbüchern mehrfach beschrieben sind, zeigen, dass eine für die Wirksamkeit in Schalldämpfern kennzeichnende Eigenschaft schallabsorbierender Berandungen deren akustischer Eingangsleitwert darstellt. Dies ist der Quotient aus der zur Berandung senkrechten Komponente der Schallschnelle und dem Schalldruck an der Oberfläche der'Berandung, die dem freien Kanalquerschnitt zugekehrt ist, in welchem sich die zu dämpfende Schallwelle ausbreitet. Es wird deshalb in der Folge der Begriff des akustischen Eingangsleitwertes der Berandung verwendet, der in der Fachliteratur meist durch eine komplexe Zahl angegeben und deshalb auch komplexer akustischer Eingangsleitwert genannt wird.

Dementsprechend wird ein akustischer Eingangsleitwert in einem Oberflächenbereich dann als konstant bezeichnet, wenn für die schalldämpfende Wirkung nur der über die Oberfläche gemittelte akustische Eingangsleitwert massgeblich ist. Denn es ist bekannt, dass Struktur-und/oder Materialänderungen, deren seitliche Ausdehnungen, wi.e z.B. bei den üblichen Lochblechabdeckungen oder bei Trennwänden, innerhalb der absorbierenden Auskleidung sehr viel kleiner sinJ als die Schallwellenlängen nicht durch ihre einzelnen Strukturglieder sondern durch ihre über die Oberfläche gemifcelten Eigenschaften die Schalldämpfung bestimmend beeinflussen. Bei den bekannten Schalldämpfern sind die einander gegenüberliegende!, schallabsorbierenden Berandungen eines freien Kanalquerschnittes von gleichem akustischem Eingangsleitwert. Bekannte Ausnahmen von diesem Bauprinzip

709842/0547

- -Φ - P 601 D und GK

der symmetrischen Berandung eines Kanals sind solche Schalldämpfer mit nur einseitiger schallabsorbierender Auskleidung und einer gegenüberliegenden schallharten Kanalwand sowie schallabsorbierende Auskleidungen, die ihre akustischen Eigenschaften in Schallausbreitungsrichtung stetig verändern, z.B. durch stetige Veränderung der Auskleidungsdicke. Die erstgenannten Ausführungsformen sollen wegen der geringen Schalldämpfung nicht weiter behandelt werden; die letztgenannte Form hat dagegen den Nachteil einer zu aufwendigen Bauweise. Das Prinzip der symmetrischen Auskleidung wird bei bekannten Schalldämpfern deshalb stets angewandt, weil es zum einen als kostengünstigstes Bauprinzip nahe liegt, zum andern aber auch, da bekannte Standardwerke der Fachliteratur stets die symmetrische Schallwellenform in Schalldämpferkanälen als die wesentliche Wellenform herausgestellt und fast ausschliesslich behandelt haben.

Diese symmetrische wellenform, bei welcher die Schallfeldgrössen bezüglich einer in Kanalmitte zu denkenden Symmetriefläche symmetrisch sind, führt in der Tat in einem auf gegenüberliegenden Seiten gleichartig, d.h. symmetrisch berandeten Kanal den weitaus überwiegenden Teil der Schallenergie.

Neben der symmetrischen Schallwellenform gibt es nun noch die sogenannte anti symmetrische Schall··/ellenforrn, bei welcher alle Schallfeldgrössen beiderseits der Symmetrieflache des Kanals entgegengesetzte Vorzeichen haben. Diese antisymmetrische Schallwellenforrn hat die interessante Eigenschaft, dass sie eine viel höhere Ausbreitungsdämpfung besiezt als die symmetrische ./elleiiiorm. ^s spielt aeiiiiucii im symmetrischen Kanal keine Rolle und wird deshalb in der Literatur kaum behandelt und erwähnt, weil sie im symmetrisch* Kanal nicht angeregt werden kann.

209842/0547

BAD ORIGINAL

P 601 D und GM 816

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Kulissen-Schalldämpfer so zu gestalten, dass während der Schallausbreitung beständige Energie aus der nur schwach bedämpfbaren symmetrischen Wellenform abgezogen und in die mit höherer Ausbreitungsdämpfung versehene antisymmetrische Wellenform übergeführt wird, weil sich so insgesamt eine erhöhte Dämpfung des gesamten Schallfeldes ergibt.

Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dassodie akustischen Eingangsleitwerte mindestens zweier einander gegenüberliegender Berandungen voneinander verschieden sind. Hierdurch stellte sich überraschenderweise eine sehr einfache und \virkungs volle Lösung heraus. Eine Erklärung für die Wirksamkeit dieser Massnahme kann darin gesehen werden, dass mit wachsendem Grad der Unsymmetrie der Eingangsleitwerte ein immer grösserer Anteil der antisymmetrischen Viellenform benötigt wird, um die Randbedingungen an den Berandungen des Kanals mit endlichen, voneinander verschiedenen akustischen Leitwerten erfüllen zu können.

Hieraus folgt, dass eine schallabsorbierende Auskleidung mit endlichem akustischem Eingangsleitwert gegenüber einer schallharten Kanalwand nicht den Erfindungsgegenstand betreffen kann, da bekanntlich schallharte Flächen akustische Symmetrieflächen darstellen. Ausserdem ergibt sich, dass auch Auskleidungen mit stetig sich ändernden akustischen Eingangsleitwerten keine geeignete Massnahme sein können, da die Einstellung des Amplitudengleichgewichts zwischen symmetrischer und antisymmetrischer Wellenform, welches dom jeweiligen Grad der Unsymmetrie der Beranrhrn™ entspricht, eine gewisse Einlauflänge benötigt, welche mindestens gleich dem halben gegenseitigen Abstand einander gegenüberliegender schallabsorbierender Berandungen, oft jedoch gleich dem Einfachen dieses Abstandes ist.

*Q9842/Q547

26170Q0

P 601 D und GM 816

In einer weiteren Ausführungsform kann die akustische Unsymmetrie in den Berandungen der Teilkanäle, in welche der Kanal durch den Einsatz schallabsorbierender Kulissen unterteilt wird, dadurch erreicht werden, dass im Innern der Kulissen, parallel zu ihren schallabsorbierenden Oberflächen, schallreflektierende Trennwände, die ausserhalb der Kulissenmitte angeordnet sind, vorgesehen sind. Die Kulissen in dem Schalldämpfer sind hierbei derart anzuordnen, dass jeweils in einem Teilkanal eine Seite einer Kulisse mit einer geringeren Tiefe einer Seite der Kulisse mit einer grösseren Tiefe, zwischen Kulissenoberfläche und schallreflektierender Trennwand gegenüberliegt.

Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorptionsmaterialien, insbesondere Mineralfasern, Glasfasern, offenzelligen Schäumen bestehen, die gfs. mit Deckschichten, wie Faservlies, Folien, Lochblechen, Draht-, Glas- und Textilgewebe, gelochte oder geschlitzte Platten versehen sind und gfs. eine Kassettierung aufweisen, wodurch unterschiedliche akustische ISingangsleitwerte in beiden Kulissenoberflachen erzeugt v/erden. Von Kassettierung einer schallabsorbierenden Auskleidung spricht man bekanntlich dann, wenn durch quergestellte Wände, im wesentlichen senkrecht zur Auskleidungsoberfläche angeordnet, die Schallausbreitung im Innern der schallabsorbierenden Auskleidung und parallel zu ihrer Oberfläche unterbunden wird.

Die gemäss der Erfindung im Innern der Kulisse parallel zu ihrer Oberfläche unc. aussermittig angeordnete Trennwand aus schallreflektierenden Werkstoffen kann aus Metall, Holz, Kunststoff, Gipsplatten, Asbestzementplatten und/oder aus Klebemitteln bzw. -schichten und/oder einer Produktionshaut von Schallabsorptionsmaterialien bestehen. Durch diese

109842/0547

P 601 D

ausserraittig angeordneten Trennwände entstehen beiderseits der Trennwände unterschiedliche Absorptionstiefen, welche bekanntlich unterschiedliche akustische Eingangsleitwerte der jeweiligen Kulissenoberfläche zur Folge haben, so dass bei der beschriebenen Anordnung der Kulisse im Schalldämpfer die Teilkanäle erfindungsgemäss aufeinander gegenüberliegenden Seiten unterschiedlich berandet sind. Zur Verstärkung der Wirkung können die Kulissen der Schalldämpfer durch Schichten aus Schallabsorptionsmaterial mit starkem Unterschied des spezifischen Strömungswiderstandes im.Vergleich zu dem spezifischen Strömungswiderstand der Nachbarschichten gebildet sein.

Beiderseits der schallreflektierenden Trennfläche können Schallabsorptionsmaterialien und/oder Deckschichten mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausführung werden die Schalldämpfer-Kulissen in einem Schalldämpfer so angeordnet, dass sich abwechselnd nebeneinander Kulissen grösserer und kleinerer Dicken befinden. Die Kulissen bestehen dabei bevorzugt aus Schallabsorptionsmaterial, wobei den Anforderungen entsprechend, Deckschichten und/oder Kassettierungen vorgesehen sein können. Die unterschiedlichen Kulissendicken führen zu unterschiedlichen akustischen Eingangsleitwerten der Kulissenoberflächen und bei der abwechselnden Anordnung gemäss der Erfindung somit zu unsymmetrischer Berandung der Teilkanäle.

l'/eitere Einzelheiten der Erfindung sin;, aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.

Es zeigen: Figur 1 eine räumliche Teilansicht

eines rechteckigen Kulissen-Schalldämpfers ;

Figur 2 einen runden Kulissen-Schalldämpfer entsprechend Figur 1;

709842/0547

P 601 D und GH 816

⁰I

Figur 3 bis 5 drei Diagramme rait einem

Leistungs- und I-Iaterialaufwaridsvergleich zv/ischen Anmeldungsgegenstand und den bekannten Vorrichtunger

Der Kulissen-Schalldämpfer besteht nach Figur 1 aus ebenen Kulissen 1 bzw. nach Figur 2 aus zylindrischen,im wesentlichen konzentrisch angeordneten Kulissen 2. Anders geformte und angeordnete Kulissen sind denkbar. Die Kulissen unterteilen den gesamten Kanalquerschiiitt in einzelne Teilkanäle 3 und v/eisen erfindungsgemäss aussermittig angebrachte schallreflektierende Trennwände 4 auf.

Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorptionsmaterial, das gfs. eine Kassettierung und/oder Oberflächenabdeckschichten aufweist, bestehen. Die Figur 3 zeigt als Beispiel für die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Ausstattung eines Kulissen-Schalldämpfers in doppeltlogarithmischer Auftragung die Peselabnahrne D, auf der Strecke eines Kulissenabstandes h als Funktion der Frequenz f und zwar für konstante Gesamtdicke d^ + dp der Kulissen und konstanten gegenseitigen Kulissenabstand h jedoch für jeweils verschiedene Verhältnisse d^/dp der durch die Trennwand geschaffenen Absorbertiefen d^ und dp .

Das Dickenverhältnis d^/dp = 1 entspricht dem Stand der Technik mit einer Trennwand oder einer Symmetrieiläche in der Kulissenmitte. Die Kulissen bestehe,- in dem in Figur gezeigten Beispiel aus Mineralfaserabsorl-ern mit einem Strömungswiderstand der gesamten Absorptionsschicht von 80 Rayl und mit kassettierende^ Unterteilungen. Der technische Fortschritt ist an der Erhöhung der Schalldämpfung auf der tief-^frequenten Kurvenflanke der erfindunsgernässen unsymmetrischen Kulisse gegenüber den bekannten symmetrischen Kulissen zu erkennen. Der

TQ9842/0547

BAD ORfGINAL

P 601 Ώ und GM

entscheidende Vorteil für die praktische Anwendung liegt darin, dass diese Verbesserung bei tiefen Frequenzen und über einen breiten Frequenzbereich und ohne Dickenzunahmen der Kulissen sowie ohne stärkere Einengung des freien Querschnittes .erfolgt. Gerade diese Kombinationsforderung, die in der Praxis häufig gestellt wird, ist schwierig zu erfüllen. In dem in Figur 3 gezeigten Beispiel lässt die gewählte doppe"3tlogarithmische Auftragung deutlich erkennen, dass auf der ganzen unteren Kurvenflanke Verbesserungen gegenüber den bekannten symmetrischen Kulissen bis fast auf doppelte Dämpfungswerte erreichbar sind. Als weiteres Beispiel für die Wirksamkeit des Erfindungsgegenstandes zeigt die Figur 4 die Frequenzkurve der Dämpfung in doppeltlogarithmischem Masstab und zwar für die verschiedenen Dickenverhältnisse d,,/d_o der Kulissen bestehend aus kassettierten Mineralfaserplatten unter Beibehaltung der Gesamtdicke d,, + dp zweier benachbarter Kulissen und unter Beibehaltung der gleichen lichten Kanalweite bei allen Aufbauten. Die Kurve mit d-j/dp = 1 entspricht Schalldämpfern nach dem bekannten Stand der Technik mit symmetrischer Teilkanalberandung. Bei den anderen Kurven wurden sodann die Kulissendicken benachbarter Kulissen unterschiedlich gemacht und die Dämpfung erneut festgestellt. Auch hier erkennt man wieder die Verbesserung der Schalldämpfung bei den tiefen Frequenzen. Dass der Erfindungsgegenstand auch zur Verbesserung der Schalldämpfung erfindungsgemäss auch bei hohen Frequenzen eingesetzt v/erden kann, zeigt das Diagramm in Figur 5. In diesem Falle v/erden jeweils zwischen zwei dickere Kulissen, welche die Schalldämpfung bei den tiefen unteren Frequenzen bestimmen, dünnere Kulissen eingeschoben. Um dabei den freien Querschnitt unverändert zu lassen, also den Druckverlust des Schalldämpfers nicht zu erhöhen, sind die dicken Kulissen vorher um die Dicke der dünnen Kulissen auseinander zu rücken. Das Ergebnis dieser Anordnung ist in Figur 5 in den Frequenzkurven

■Ϊ09842/0547

P 601 D und C-M

der Dämpfung dargestellt. Auch in diesem Falle "bestehen die Kulissen aus kassettierten Mineralfaserplatten. Hierbei ist ein deutlicher Zuwachs an Schalldämpfung für die Frequenzen der oberen Kurvenflanke, der bis zu einem Faktor Acht, angev/andt auf die Dämpfung der symmetrischen Kulissenanordrmng, gehen kann, erkennbar. Dieser hohe Zugewinn an Dämpfung kann gemäss der Erfindung erzielt werden durch einen Mehraufwand an Material und Bauvolumen, der nur etwa ein Viertel des Aufwandes bei der symmetrischen Vergle.ichsanordnung nach dem bekannten Stand der Technik beträgt. Demgegenüber ist eine Verbesserung bei den Beispielen nach Figur 3 und 4 erzielt worden, ohne insgesamt den Materialverbrauch im Vergleich zu den bekannten symmetrischen Kulissen zu erhöhen und ohne den gesamten freien Querschnitt zu verkleinern.

Claims (6)

P 601 D und C-M 816 2 6 ΐΤθ 00 Patentansprüche

1.J Kulissen-Schalldämpfer mit mindestens zv/ei einander ge_oenüberliegenden schallabsorbierenden Berandungen des freien KanalquerSchnitts, wobei die akustischen Eingangsleitwerte dieser Berandungen in Schallausbreitungsrichtung konstant oder abschnittsweise konstant sind, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Eingangsleitwerte mindestens zweier .einander gegenüberliegender Berandungen voneinander verschieden sind.

2. Kulissen-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der Kulisse- parallel zu ihrer schallabsorbierenden Oberfläche eine schallreflektierende Trennfläche ausserhalb der Kulissenmitte angeordnet ist.

3. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissen aus Schallabsorptionsmaterialien, insbesondere Mineralfasern, Glasfasern, offenzelligen Schäumen besteben, die gfs« mit Deckschichten, wie Faservlies, Folio, Lochblech, Draht-, Glas- und Textilgewebe, gelochten oder geschlitzten Platten versehen sind, und gfs. eine Kassettierung aufweisen,

4. Kulissen-Schalldämpfer gernäss Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schallreflektieroiideii Trennflächen Trennwände insbesondere aus Metall, i:olz, Gipsplatten, Asbestzement-platten, Kunststoff und/oder aus Klebemitteln bzw. -schichten und/oder Produktionshäuten auf Scballabsorptionsrnaterialien bestehen und dass sie gfs. durch Schichten aus Schallabcorptionü materialien mit starkem Unterschied des spezifischen Strömungswiderständes im Vergleich zu dem spezifischen

709842/0547

BAD ORIGINAL

P 601 D und GM

Strömungswiderstand der Nachbarschichten gebildet sind.

5. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1 und 2, gfs.

3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich beiderseits der schallreflektierenden Trennfläche Schallabsorptionsmaterialien und/_oder Deckschichten mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften befinden.

6. Kulissen-Schalldämpfer wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander abwechselnd Kulissen unterschiedlicher Dicke angeordnet sind.

109842/0547