DE2630056A1

DE2630056A1 - Schalldaempfer

Info

Publication number: DE2630056A1
Application number: DE19762630056
Authority: DE
Inventors: Martin Hirschorn; James A Morgan
Original assignee: Industrial Acoustics Co Inc
Current assignee: Industrial Acoustics Co Inc
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1976-07-03
Publication date: 1977-02-17
Also published as: AU1643476A; JPS5238763A; JPS6046311B2; GB1556823A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BEBKENPELD, Patentanwälte, Köln

Anlage AHenzeidierä 4 O O U L" ί) Ο

zur Eingabe vom 29. Juni 1976 gk. hJamed. Anii^. Industrial Acoustics

Company, Inc.

Schalldämpfer

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer und insbesondere Einrichtungen zum Verbessern der Betriebscharakteristik von Schalldämpfern, bei denen das akustische Material in einem undurchlässigen Film eingeschlossen ist.

Die am stärksten wirkenden schallabsorbierenden Stoffe sind eine Matrix aus dünnen, elastischen Fasern oder eine aus ea^Lstischen Membranen bestehende, untereinander verbundene zellenförmige Konstruktion. Praktisch anwendbare Stoffe der ersten Gruppe sind Mineralwolle, wie zum Beispiel Glasfasern oder Gesteinswolle. Zusätzlich zu ihren guten akustischen Eigenschaften bieten diese Stoffe auch den Vorteil wirtschaftlicher Verfügbarkeit, ünverbrennbarkeit und eine fehlende Anziehung gegenüber Ungeziefer. Geschäumte Kunststoffe, die die zweite Gruppe darstellen, sind bei etwas höheren Kosten verfügbar und habe gute akustische Eigenschaften und Beständigkeit gegenüber Ungeziefer. Obgleich Schaumkunststoffe miz. selbstverlöschenden Eigenschaften verfügbar sind, brennen sie doch in Gegenwart von Flammen. Damit entsteht die Gefahr von Rauch und schädlichen Gasen. Dies kann unannehmbar sein, insbesondere falls der Schalldämpfer zusammen mit einer Belüftung verwendet wird.

I 57/1

709807/0667

ORIGINAL INSPECTED

Bei einer üblichen akustischen Wand, wie einem Raumteiler, sind die fasrigen absorbierenden Stoffe als Füllung in eine Umhüllung aus Stahl oder einem anderen konstruktiv geeigneten Werkstoff eingebracht. Diese Umhüllung ist an denjenigen Stellen gelocht, an denen eine gute Schallabsorption gewünscht ist. Bei manchen Anwendungen, insbesondere dort, wo die Wand einer Luftströmung oder einer anderen Gasströmung ausgesetzt ist, mag ein zusätzlicher Schutz zum Herabsetzen einer Erosion der Füllung wünschenswert i'sin. Aus diesem Grund ist man dazu übergegangen, Glasfasermatten und/oder Drahtgewebe zu verwenden, die genügend porös sind und damit eine geringe oder keine akustische Wirkung zeigen.

3ei anderen Anwendungen ist es erwünscht, die Füllung vollständig in einen undurchlässigen Film einzuschließen, der jeglichen *"erlL ü der Füllung verhindert und auch vermeidet, daß sich in der Füllung Partikel, Staub oder andere feste, flüssige oder gasförmige Verschmutzungen ansammeln. Solche Schutzwerkstoffe beeinträchtigen jedoch den Eintritt der Schallwellen in die Füllung. Der bei der Verwendung dieser Stoffe normalerweise auftretende variable Effekt ist in seiner Größe dem Zufall unterworfen und beeinträchtigt daher das Betriebsverhalten des Schalldämpfers. Dieser variable Effekt ergibt sich aus der Unterschiedlichkeit der Berührung zwischen der gelochten Umhüllung und dem Film. In demjenigen Fall, in dem eine Luft- oder Gasströmung an der absorbierenden Wand vorbeistreicht, wird der Film wieder in einer nur nach Zufallsgesetzen bestimmbaren Weise in die gelochte Umhüllung hereingesaugt. Dies bedeutet, daß sich die

7G9807/0687

akustischen Eigenschafter der Wand in Gegenwart einer Luftströmung ändern und sich von den ursprünglich erwarteten Eigenschaften unterscheiden. Die Eigenschaften ändern sich somit bei Aufhören der Luftströmung und verändern sich während und nach jedem sich anschließenden Auftreten einer Luftströmung. Die praktischen Auswirkungen dieser Veränderbarkeit eines Schalldämpfers sind natürlich nicht vorhersehbar. Das akustische Verhalten dieses Schalldämpfers ist nicht wiederholbar. Bei höheren Frequenzen, insbesondere bei zunehmender Filmstärke, ist das akustische Verhalten weiter schlecht.

In der Praxis hat sich eingebürgert, den Film unter Verwendung von Drahtgewebe oder expandiertem Schaum etwas von der Innenseite des Raumteilers abzusetzen. Dieses auf Abstand setzen erfolgt in erster Linie aus ornamentalen Gründen, damit der Film nicht hinter den Löchern in den Wänden sichtbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt damit in der Ausbildung von Einrichtungen zum Verhindern der veränderlichen Berührung zwischen Film und Wand und damit im Erreichen eines wiederholbaren akustischen BetriebsVerhaltens einer akustischen Wand, ' die eine undurchlässige Membran zum Schutz der Füllung aufweist. Die Erfindung findet besondere Anwendung bei einem Schalldämpfer, bei dem durch diese Einrichtungen bewirkte Pfeif- oder andere Geräusche ein Faktor sind und bei dem auch der oben erwähnte Saugeffekt nicht vernachlässigt werden kann. Die "Abstandhalter"-Konstruktion verbessert auch das Verhalten bei hohen Frequenzen.

709807/0667

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer wird in Luftführungen oder dergleichen verwendet und enthält ein in einer aus undurchlässigem Filra bestehenden Tasche eingeschlossenes, akustisch absorbierendes Material. Das akustische Material ist hinter einer gelochten Wandplatte angeordnet und wird von dieser durch einen Honigwabenabstandhalter getrennt. Das Verhältnis der Stärke zur Zellenbreite ist bei diesem groß genug, um eine Berührung zwischen dem Film und der Platte zu vermeiden. Das Abstandhaltermaterial ermöglicht, daß die Geschwindigkeit, die beim Durchtritt durch die Löcher zunimmt, abnimmt. Damit wird das Anhaften des Filmes herabgesetzt und es ergeben sich steuerbare schalldämpfende Eigenschaften des Schalldämpfers insgesamt.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung -tun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines in eine Luftführung eingebauten erfindungsgemäßen Schalldämpfers,

Figur 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der einzelnen Elemente des Schalldämpfers und

Figur 3 und 4 je ein Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Schnittlinien 3-3 und 4-4 in Figur 1.

Vor der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll the Theorie kurz erläutert werden. Die folgenden

709807/0667

E= ^ QJ

Erörterungen sollen lediglich erläuternd und sieht @inschr£:k©Hfl für die Erfindung aufgefaßt werden ₀ TsotBäem ist Sir/on aussog©= hen, daß diese Theorie das Verhaltes des" Erfindung genau beschreibt.

Wie schon oben erwähnt wurde, führt die ¥erwendung eines lässigen Filmes zum Einschluß des akustisch absorbierenden Materials in einem Schalldämpfer zu einer gufallsfoedingten SchwM= chungscharakteristik der Gasströmung₀ Di@s steht einem guten wiederholbaren akustischen Betriebsverhalten des Schalldämpfers entgegen. Diese Schwankungen ergeben sieh aus der Wechselwirkung zwischen dem Film und äsr gelochten WsKfi oder Abdeckung * Des¹ akustische Widerstand dieser KoraöiiiEticc· mis Wand nnä Film hängt zu einem großen Teil davon ab, ofc sieh fis;? Fi-2a mit dieser fiaad in Berührung befindete

Die oszillierende Strömung in der in der Führung wandernden Schallwelle zieht sich beim Durchtritt durch die Löcher in der gelochten Wand zusammen und expandiert. Diese Expansion endet in einer*}etwa einem Lochdurchmesser entsprechenden Abstand von der Wand. Beim Durchtritt der Schallwelle durch ein Loch erhöht sich ihre Geschwindigkeit um einen Faktor (1/A), wobei A die gebrochene offene Oberfläche des Loches in der Wand ist. Bei einer Lochgröße von etwa 0,25'beträgt die Geschwindigkeit in dem Loch damit das Vierfache der Durchscnittsgeschwindigkeit außerhalb der durch dies Einschnürung beelntz&ohtlcjtsn Fläche „

7Q98Q7/06S'!

--fe:v'i der die Füllung sinschlieSende dünne Film mit der Wandia-i-;e in er-ge Berührung gebräche wird, wird er zu Schwingungen iit isr hohen Geschwindigkeit der durch das Loch durchtretenden challwelle angeregt. Als Ergebnis stellt sich dann ein durchshr: :!-■"■ tlichsr akustischer Widerstand des Filmes gemäß folgender

TT Ύφη,

T7

;.;-j-.^- ist -': die Frequi;^ ü-3z icliallwellsi ^λ ist die Masse des· lr/i-i: pro Flächeneinheit (unter Vernachlässigung der Steifheit 3 Γ'Ίζηεε- ^ ist die Gasdichte„ C ist äts Schallgeschwindigkeit,

firiiet sich der Film umgekehrt in einem Abstand in der Größendnung eines Lochdurch^.essers von der Abdeckplatte wird die pli-;-,ude der Filmgescht-iindigkeit herabgesetzt, und der Widerand folgt folgender Gleichungs

X = ^^Π I ^m'- (2)

Bei Verwendung eines Loohf:urehsi®sssrs vc:_ sum Beispiel 0,25 Zoll bringt die Gleichung 2 damit aiits Amplitu£en\^Terminderung von 4.

I--1'"- anderer. Werten, f^lls sich dia Lage £ss Filmes gegenüber der

709807/0681

Abdeckplatte nicht steuern läßt, ergibt sich für seinen Widerstand eine zufallsbedingte Veränderbarkeit und eine entsprechende ^ufallsbedingte Veränderbarkeit in der Schalldämpfung durch den Schalldämpfer.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer 10. Er ist in einen Belüftungsschacht 11 mit Rechteckguerschnitt eingesetzt. Es leuchtet ein, daß im Rahmen der Erfindung auch andere Querschnittsformen verwendet werden können. Der Schalldämpfer 10 enthält einen aus Blech oder dergleichen bestehenden Kanalabschnitt 12. Er weist weiter einen Einlaß 12a und einen Auslaß 12b auf. Das Gas, wie zum Beispiel klimatisierte Luft,strömt in der durch die Pfeile A angegebenen Richtung durch den Schalldämpfer.

Im Kanalabschnitt 12 zwischen dessen Einlaß 12a und Auslaß 12b sind mehrere schalldämpfende Elemente 20 befestigt. Diese Elemente 20 liegen im allgemeinen parallel zur Gasströmung. Andere Ausrichtungen sind möglich. Zum Beispiel kann eine Labyrinthanordnung verwendet werden.

Nach der Darstellung sind drei seitlich auseinanderliegende Dämpfungselemente vorgesehen. Ein Element 21 befindet sich an jeder Seite des Kanalabschnittes. Weiter ist ein zentrisches Element 22 vorgesehen. Dieses zentrische Element 22 kann man sich als zwei Rücken an Rücken oder spiegelbildlich zueinander liegende Seitenelemente 21 vorstellen. Jedes Element weist eine aus Blech oder dergleichen bestehende Seite 30 auf, die im Inneren des Ka-

709807/0667

η«,!abschnittes 12 befi-f-iigt ist. IJach eier Darstellung hat jede Ssite 2; die Gestalt einer Hälft® einer abgeflachten Ellipse. ~'ΐ ζ er. irische Platte besteht aus swei aufeinandergelegten Platten 30. Nach der Darstellung in Figur 2 sind äiese entlang von Flanschen 32 miteinander verbunden. Die glatt® Qbezfläche jeder Platte liegt parallel su &er Gasströmung und weist mehrere Löcher 3<s auf. aus Gründen der Klarheit sind, diese Löcher in ihrer GröSe übertrieben dargestellt» 3ei Stahlplatten liegt die bevorzugte Lochgröße etwas über der Plattenstärke=

Sine Füllung aus schalldämpfendem Material 35^ wie zum Beispiel Mineralwolle oder geschäumter Kunststoff, ist in einer aus undurchlässigem Film bestehenden Tasche 38 eingeschlossen. Der Film besteht zum Beispiel aus Polyäthylen. Bei dem Film kann es sich auch um andere Kunststoffe, Elastomere, Metallfolien oder andere undurchlässige Werkstoffe handein, die in dünner faltbarer Form hersteilbar sind. Die Anordnung wird dann an der Innenseite der Platte 30 aufgebaut. Zwischen der gelochten Innenseite jeder Platte 30 und dem benachbarten Film 38 befindet sich dann noch ein aus hochporösem konstruktiv festem Material bestehendes Abstandhalterelement 40. Die Auswahlkriterien für das Material dieses Abstandhalters 40 sind wie folgt: (a) Die Struktur des Abstandhalters sollte gleichmäßig verteilt sein und weit auseinander liegen, um ein Zusetzen der Löcher in der Wandplatte zu verhindern und um der Einströmung in den Film 38 nur einen vernachlässigbar geringen Widerstand entgegenzusetzen; [b) der Abstandhalter sollte eine ausreichende konstruktive Festigkeit aufweisen, um ein Flattern

709807/0 667

-s- 2630C56 j

zu vermeiden; (c) die Oberflächengaometrie sollte so besc^.ffen 1

I sein, daß keinerlei Geräusche mit dem vorbeiströmenden Lufcstrora j

erzeugt werden. Geeignete Abstanähalte.rwerkstoffe sind zum Bei« j spiel solche, wie sis von der Union Camp als Papier"Honigwaben=· Platten unter der Artikelnummer 99F(O) 3/4E verkauft werden» Ebenso kann es sich auch um Gitterroste aus Kunststoff handeln- wie sie allgemein in Luftverteilerrostan verwendet werden. Diese Wericf stoffe ergeben unaufwendige Abstandhalter mit niedrigem Gewicht_o Ebenso haben sie eine Struktur und Geometrie, die in einer Luft·= strömung entstehendenen Pfeifgeräuschen entgegenwirken. Solche Pfeifgeräusche treten bei Werkstoffen^ idle zvm Beispiel geschwelt tem Drahtgewebe oder expand!ertarn Schaum auf. Die Abstandhalter 40 müssen eine Dicke T _B Figur 2_C "iou KuL^i-astens etwa, dsr Größe der Löcher 34 aufweisen, Zusätzlich si, diessr ^ieksnforderimg sollte der Abstandhalter, der eine sell&s-ci^s Struktur mit zum Beispiel 6 Seiten bei einer Honigwabe und 4 Seiten bei einem Gitterrost, ein genügend großes Verhältnis von Dicke zur Zellgröße aufweisen, um eine Berührung zwischen Film und Wand in den

ι struktur freien Gebieten jeder Zelle zu "/erhindern. Mit anderen j Worten, das Verhältnis muß groß genug sein_o um ein Einsacken des j Filmes in den strukturlosen Gebieten und damit eine Berührung mit! der Wandseite zu verhindern« Honigwabenförmige Abstandhalter aus Papier mit einer Dicke von 12,5 mm und einer Zellbreite von 19 mm haben gute Ergebnisse gebracht=

709807/0667

Zie Abstandhalter 40 e^sstreckea sich über die gesamte gelochte Oberfläche isr Platte 20, Damit bringen sie genügend Struktur '--Lnι wm eise sufalisbedingte Wechselwirkung zwischem dem Film 38 ;:nd der Wand 30 zu verhindern. Daraus folgt dann ein wiederhol-.r-ares Betriehsvsrhalten des Schalldämpf es«,

iwohl die -Schalldämpfer für eine maximal® Herabsetzung des FiImviderctandss eins Dicks von nns ejtwa dem Durchmesser der Löcher ."3 habsn müsssji, iau£ il.ais Dicke in der Praxis so bemessen sein, ^-23 dar Abstandhalter konstruktive Festighsit aufweist und nicht :!i Σ/üv-strom flattert, Dwzzh die Tiefenwirkung der Füllung oder \'^Qh Gurch Ssi'is-ii^iiC üuf der Inneaseita der Wand mit einem _iim, einer. Esiia oder ©inem andaren geeifzisten Mittel werden die ""Jr-St-CJ.-ilialisr an ihrsiE Ort gehalten.

FATEMTANSPRÜCHE :

709807/0667

Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD ♦ Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte. ■ Anlage Akienzoichen j zur Eingab·vom 29. Juni 1976 gk. NanwAAnm. Industrial Acoustics .I Company, Inc. PATENTANSPRÜCHE :

1. In einer Gasströmung arbeitender Schalldämpfer mit einem in

einem undurchlässigen Film eingeschlossenen akustisch absorj bierenden Material, wobei dieses Material einer gelochten ; Platte mit Löchern einer vorgegebenen Abmessung benachbart ist;» dadurch gekennzeichnet, daß hochporöse, konstruktiv feste zellenartige Abstandhalterelemente (40) zwischen diesem Material (35) und der Platte (30) angeordnet sind, die Abstandhalterelemente (40) ein genügend großes Verhältnis von Dicke zu Zellenbreite aufweisen, um eine Berührung zwischen dem Film (38) und der Platte (30) zu vermeiden und eine Dicke von mindestens etwa der für die Löcher (34) vorgegebenen Abmessung, so daß ein Flattern des Filmes (38) verhindert und sein akustischer Widerstand herabgesetzt wird.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Abstandhalterelemente (40) aus einem Material mit einer Struktur entsprechend einer Honigwabe oder einem Gitterrost bestehen

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (34) einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen und die Dicke der Abstandhalter (40) etwa 12,5 mm beträgt.

ΓΙ ν

»

;

4. Schalldämpfer nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die • Abstandhalter (40) parallel zu der Gasströmung angeordnet sind.

709807/0667

5. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schallabsorbierende Material Mineralwolle ist.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der undurchlässige Film aus Polyäthylen besteht.

709807/0667

ORIGINAL IWSFECTED