DE4317828C1 - Luftschall absorbierendes Formteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftschall absorbierendes Formteil, umfassend zumin­ dest zwei im wesentlichen topfförmige Kammern, die einander in Richtung der eingeleiteten Schwingungen benachbart zugeordnet sind und während der bestimmungsgemäßen Verwendung einen gemeinsamen, zur Umgebung her­ metisch abgeschlossenen Hohlraum begrenzen, der als Luftfeder ausgebildet ist.

Ein solches Formteil ist aus der DE 34 12 432 C2 bekannt. Das vorbekannte schallabsorbierende Bauelement ist als Helmholtz-Resonator gestaltet, wobei die Teilräume, die von Becherelementen umschlossen sind, durch eine hals­ förmige Durchgangsöffnung im Boden des inneren Becherelements miteinander verbunden sind. Zur Verbesserung der Schallabsorption ist es vorgesehen, daß der Boden des inneren Becherelements aus einer Kunststoffolie besteht, wobei die übrigen Bestandteile des Formteils aus metallischem Werkstoff, insbeson­ dere aus einer Metallfolie sind. Dabei ist allerdings zu beachten, daß das vorbe­ kannte Bauelement in wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Hinsicht wenig befriedigend ist. Die Becherelemente müssen jeweils separat voneinander er­ zeugt und anschließend miteinander montiert werden. Die Abstimmung der im wesentlichen aus metallischem Werkstoff bestehenden Becherelemente auf die zu isolierende Schwingung gestaltet sich problematisch.

Aus der DE 26 32 290 B2 sind volumenveränderliche Resonatoren bekannt, die unterdruckbeaufschlagt sind, wobei die Wandungselemente, die das Volumen begrenzen, aus Tellerfedern bestehen. Durch die Unterdruckbeaufschlagung der tellerfederförmig ausgebildeten Wandungselemente wird eine sehr geringe Federkonstante erreicht. Um eine Schallabsorption in einem breiteren Frequenzbereich zu erzielen, ist es vorgesehen, mehrere Sätze verschieden abgestimmter Resonatoren zu verwenden. Um eine weitere Verbesserung der Gebrauchseigenschaften zu erzielen, können die Resonatoren zusätzlich zu den mit Unterdruck beaufschlagten und dadurch vorgespannten Tellerfedern im Bereich ihres Befestigungsflanschs auf einem Dämpfungsbelag aus polymerem Werkstoff abgestützt sein.

Aus der DE 27 58 041 C2 ist die Verwendung eines aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folien bestehenden Bauelements bekannt. Die Foli­ en weisen rasterförmig nebeneinander angeordnete, becherförmige Vertie­ fungen auf, wobei in den einzelnen Vertiefungen Luftvolumina eingeschlossen und die Boden- und Seitenflächen der becherförmigen Vertiefungen dem Luftschall zugewandt sind. Ein derart luftschallabsorbierendes Formteil gelangt beispielsweise als Wand- oder Decken-Schallabsorber zur Anwendung, wobei die Vertiefungen durch den zu absorbierenden Luftschall zu Biege­ schwingungen angeregt werden. Die Form und Größe der Boden- und Seiten­ flächen, die Dicke und das spezifische Gewicht, die innere Reibung und die Biegesteifigkeit der Folie sind dabei auf den gewünschten Schallabsorptionsbe­ reich abzustimmen. Um eine breitbandigere Absorption zu erzielen, ist es vor­ gesehen, daß zumindest zwei Folien mit übereinstimmend gestalteten, be­ cherförmigen Vertiefungen derart ineinandergesteckt sind, daß sie zusammen mit einer ebenen Folie, die die becherförmigen Vertiefungen verschließt, einen mehrschichtigen Aufbau mit eingeschlossenen Luftpolstern bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftschall absorbierendes Form­ teil der vorbekannten Art derart weiter zu entwickeln, daß die Herstellung einfacher und kostengünstiger vorgenommen werden kann und daß sich eine verbesserte Luftschallabsorbierung in einem breiteren Frequenzbereich ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprü­ che Bezug.

Es ist vorgesehen, daß die Kammern des Luftschall absorbierenden Formteils jeweils von einer Begrenzungswandung aus einem polymeren Werkstoff be­ grenzt sind, wobei die Begrenzungswandungen einstückig ineinander überge­ hend ausgebildet sind und im Übergangsbereich durch zumindest ein in Rich­ tung der eingeleiteten Schwingungen elastisch nachgiebiges Federelement rela­ tiv beweglich miteinander verbunden sind. Hierbei ist von Vorteil, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Formteils durch die einstückige Ausgestal­ tung besonders einfach erfolgen kann. Die guten Gebrauchseigenschaften des Formteils werden durch den polymeren Werkstoff erzielt, so daß das Formteil auch in einer feuchten und/oder staubigen Umgebung zur Anwendung gelan­ gen kann. Durch die glatte Oberfläche ohne Ausnehmungen ist ein derartiges Formteil einfach zu reinigen und kann beispielsweise auch dann eingesetzt werden, wenn einwandfrei hygienische Bedingungen unabdingbar sind, bei­ spielsweise im medizinischen Bereich oder in der Lebensmittel verarbeitenden Industrie. Bei dem erfindungsgemäßen Formteil handelt es sich um ein Feder- Massesystem, bei dem die Feder einerseits durch die innerhalb des gemeinsa­ men Hohlraums eingeschlossene Luft und andererseits durch das elastisch nachgiebige Federelement gebildet ist, das im Übergangsbereich zwischen den die Kammern begrenzenden Begrenzungswandungen angeordnet ist. Die Masse ist durch die relativ schwingfähige Begrenzungswandung gebildet. Durch die Ausgestaltung des Federelements kann das Absorptionsverhalten der Kammer und/oder des angeschlossenen Hohlraums angepaßt werden. Die Fe­ dercharakteristik ist im wesentlichen von der Materialstärke und der Gestaltung des Federelements und der Größe des abgeschlossenen Hohlraums abhängig.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Übergangs­ bereich das Federelement bildet und daß das Federelement, ausgehend von den beiderseits angrenzenden Begrenzungswandungen eine verringerte, stufenlos ineinander übergehende, membranartig dünne Materialstärke aufweisen kann.

Dadurch, daß auch das Federelement aus polymerem Werkstoff besteht und membranartig dünn ausgebildet ist, ergibt sich eine außerordentlich elastische Anbindung der schwingfähig angeordneten Begrenzungswandung, wobei der Übergang hinsichtlich guter Gebrauchseigenschaften während einer langen Ge­ brauchsdauer bevorzugt gerundet gestaltet ist. Durch die Vermeidung sprung­ hafter Querschnittsänderungen können Kerbtwirkungen innerhalb des Feder­ elements sicher ausgeschlossen werden. Gleichbleibend gute Gebrauchseigen­ schaften sind dadurch auch nach einer großen Anzahl von Lastwechseln si­ chergestellt. Das Federelement kann beispielsweise zwischen den Begren­ zungswandungen in seinem Querschnitt X-förmig verjüngt sein, daß sich eine progressive Federcharakteristik einstellt. Eine ausgezeichnete Schwingungsiso­ lierung in einem breiten Frequenzband ist durch eine derartige Ausgestaltung bedingt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Materialstärke des Federele­ ments 0,1 bis 0,05 mal so groß sein, wie die Materialstärke der Begrenzungs­ wandungen im Bereich der Anbindung. Beim Auftreffen des Luftschalls auf die relativ bewegliche Begrenzungswandung wird dadurch nur das Federelement im Übergangsbereich zwischen den einander angrenzenden Begrenzungswan­ dungen verformt, ohne daß eine nennenswerte Verformung der weitgehend formstabil ausgebildeten Begrenzungswandung eintritt.

Die Begrenzungswandungen können durch ein stufenförmig ausgebildetes Fe­ derelement verbunden sein, wobei das stufenförmige Federelement zumindest eine Stufe umfaßt. Die Stufe kann zur Erreichung einer bestimmten Federkon­ stante eine beliebige Form aufweisen, wobei zur Abstimmung auf einen mög­ lichst breiten Frequenzbereich die als Deckel ausgebildete relativ bewegliche Begrenzungswandung durch weitere Stufen an den ortsfest angeordneten Kammerbereich der zweiten Begrenzungswandung angekoppelt ist, angekoppelt sein kann. Eine derartige Ausgestaltung, bei der ein stufenförmiges Federele­ ment, bestehend aus mehreren Stufen, zur Anwendung gelangt, ist dann vor­ teilhaft, wenn ein möglichst tiefer Frequenzbereich absorbiert werden soll.

Sollen tiefe Frequenzen absorbiert werden, hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn das Federelement rollbalgartig ausgebildet ist. Eine schwingende Rela­ tivbewegung der beiden Begrenzungswandungen relativ zueinander bedingt bei einer derartigen Ausgestaltung des Federelements nur eine geringe mechani­ sche Walkbeanspruchung, was im Hinblick auf eine gute Gebrauchsdauer von hervorzuhebendem Vorteil ist. Der polymere Werkstoff ist im Übergangsbereich zwischen den beiden Begrenzungswandungen in seiner Materialstärke verrin­ gert. Die elastische Nachgiebigkeit des Federelements ist abhängig von seiner Form, der Materialstärke und dem Werkstoff.

Eine der Begrenzungswandungen kann mit einem einstückig angeformten Be­ festigungsflansch versehen sein. Der Befestigungsflansch, der auf der dem Luftschall abgewandten Seite des Formteils angeordnet ist, kann beispielsweise mit einer Gebäudedecke dichtend verbunden sein. Eine dichte Verbindung des Formteils mit einem Trägerteil ist deshalb erforderlich, um das Federelement in seiner Wirkung zu unterstützen. Die eingeschlossene Luft und das Federele­ ment sind einander funktionstechnisch parallel angeordnet. Der Befestigungs­ flansch kann auf der dem Hohlraum abgewandten Seite mit einer einstückig angeformten Dichtlippe versehen sein, die den Hohlraum umfangsseitig um­ schließt. Die Abdichtung gegenüber einem das Formteil aufnehmenden Halte­ element ist dadurch wesentlich vereinfacht. Es können auch mehrere Formteile zusammenhängend gefertigt und verbaut werden, wobei jedes Formteil einen unterschiedlichen Frequenzbereich absorbiert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, daß die dem Luftschall zugewandte Begrenzungswandung eine zumindest teilweise ebene Oberfläche aufweist. Eine besonders wirksame Schallabsorption erfolgt durch eine derartige Ausgestaltung dann, wenn der Schalldruck der akustisch störenden Schwingungen im wesentlichen senkrecht auf die ebene Oberfläche auftrifft. Nach einer anderen Ausgestaltung kann die Begrenzungswandung ei­ ne kuppelförmige Oberfläche aufweisen. Hierbei ist von Vorteil, daß der auf­ treffende Luftschall aus unterschiedlichen Richtungen auf die Oberfläche auf­ treffen kann und dadurch nahezu übereinstimmend gut absorbiert wird. Eine derartige Ausgestaltung hat sich besonders dann als vorteilhaft bewährt, wenn die Schallquelle relativ zum Formteil beweglich ist, oder der Luftschall mehrerer Schallquellen durch dasselbe Formteil absorbiert werden soll.

Im Hinblick auf eine möglichst breitbandige Absorption akustisch störender Schwingungen kann die dem Luftschall zugewandte Begrenzungswandung zumindest zwei voneinander schwingungsentkoppelte Segmente umfassen, die einstückig ineinander übergehend ausgebildet sind, wobei die Segmente eine voneinander abweichende Form und/oder Masse aufweisen. Die Frequenzen, die durch ein derartiges Formteil absorbiert werden können, können beispiels­ weise direkt einander benachbart sein, so daß sich beispielsweise ein breiter Frequenzbereich ergibt. Die Segmente können auch derart abgestimmt sein, daß zwei relativ eng begrenzte Frequenzbereiche, die voneinander beabstandet sind, absorbiert werden können.

Das erfindungsgemäße Formteil wird nachfolgend an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Fig. 1 bis 5 sind Ausführungsbeispiele des Formteils gezeigt, die schematisch dargestellt sind.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Formteils gezeigt, bei dem der relativ bewegliche Deckel im Bereich seiner Begrenzungen eine abgerundete Form aufweist.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 gezeigt, wobei die bewegliche Begrenzungswandung im Randbereich kantig ausgeführt ist.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die relativ bewegli­ che Begrenzungswandung, die den Deckel bildet, mit einer zweistufigen An­ bindung an die benachbarte Begrenzungswandung angebunden ist.

In Fig. 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, das einen kuppelförmigen Deckel aufweist, wobei der Deckel in seinem Übergangsbereich durch ein roll­ balgartig ausgebildetes Federelement mit der benachbarten Begrenzungswan­ dung verbunden ist.

In Fig. 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Deckel zwei schwingungstechnisch entkoppelte Segmente aufweist, die eine voneinander abweichende Masse aufweisen.

In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele eines Luftschall absorbieren­ den Formteils gezeigt, die zwei Kammern 1, 2 beliebiger Form umfassen, die einander in axialer Richtung benachbart zugeordnet sind. Die Kammern 1, 2 sind von Begrenzungswandungen 4, 5 aus einem polymeren Werkstoff begrenzt, wobei das Formteil einstückig ineinander übergehend ausgebildet ist. Die einstückig ineinander übergehenden Begrenzungswandungen 4, 5 der beiden Kammern 1, 2 sind in ihrem Übergangsbereich 6 durch ein in Richtung der eingeleiteten Schwingungen 7 elastisch nachgiebiges Federelement 8 relativ beweglich und schwingfähig miteinander verbunden. Die die zweite Kammer 2 umschließende Begrenzungswandung 5 ist mit einem einstückig angeformten Befestigungsflansch 10 versehen, der dicht an einem Tragkörper befestigt ist. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung ist der Hohlraum 3, der durch die Begrenzungswandungen 4, 5 und den Tragkörper gebildet ist, als Luftfeder ausgebildet, die in einer Parallelschaltung zu dem elastisch nachgiebigen Federelement 8 angeordnet ist.

In Fig. 1 ist das Federelement 8 durch eine Stufe 9 gebildet, die die Begren­ zungswandungen 4, 5 miteinander verbindet. Ausgehend von den Begren­ zungswandungen 4, 5 weist das Federelement 8 eine wesentlich geringere Materialstärke auf, um eine elastisch nachgiebige Anbindung der beiden Be­ grenzungswandungen 4, 5 aneinander zu gewährleisten. Die Begrenzungs­ wandung 4, die als schwingfähiger Deckel und Masse des Feder-Massesystems ausgebildet ist, weist einen gerundeten Querschnitt auf. Die Materialstärke und/oder die Größe des Deckels und somit die Masse der Begrenzungswandung 4 ist abhängig vom Frequenzbereich der zu absorbierenden Schwingung.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, das im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Abweichend von der als Deckel ausgebildeten Begrenzungswandung 4 aus Fig. 1 ist der Deckel kantig be­ grenzt. In Richtung des Federelements 8 sind beide Begrenzungswandungen 4, 5 in ihrer Materialstärke kontinuierlich ineinander übergehend reduziert, so daß sich bei Auslenkung der ersten Begrenzungswandung 4 in bezug auf die zweite Begrenzungswandung 5 eine progressive Federcharakteristik und eine Schallabsorption einem breiten Frequenzbereich ergibt.

In Fig. 3 sind die beiden Begrenzungswandungen 4, 5 zweistufig miteinander verbunden. Das zweistufig ausgebildete Federelement 8 bewirkt eine im Ver­ gleich zu den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen breitbandigere Schallabsorption und einen größeren Federweg, was zur Absorption von tiefen Frequenzen von Vorteil ist.

In Fig. 4 ist das Federelement 8 rollbalgartig ausgebildet und verbindet die erste Begrenzungswandung 4, die kuppelartig gewölbt ist, mit der zweiten Be­ grenzungswandung, die mit dem Befestigungsflansch 10 versehen ist. Eine Be­ grenzung der Auslenkbewegung der beiden Begrenzungswandungen 4, 5 zu­ einander wird durch die Materialstärke des einstückig ineinander übergehenden Formteils bestimmt. Das Federelement 8 ist beiderseits in Richtung der an­ schließenden Begrenzungswandungen 4, 5 mit einer zunehmenden Material­ stärke versehen, und dadurch in diesen Bereichen weniger nachgiebig. Durch diese Ausgestaltung ist eine gute Absorption von Schall möglich, der aus unterschiedlichen Richtungen auftrifft.

In Fig. 5 ist ein Formteil gezeigt, dessen erste Begrenzungswandung zwei Segmente 12, 13 unterschiedlicher Masse umfaßt. Durch ein derartiges Bauteil kann eine Luftschallabsorption in einem Frequenzbereich vorgenommen werden oder in zwei voneinander getrennten Frequenzbereichen. Bei dem hier gezeig­ ten Ausführungsbeispiel gelangt sowohl ein stufenförmiges Federelement als auch ein rollmembranartig ausgestaltetes Federelement zur Anwendung, die einander funktionstechnisch in Reihe geschaltet sind.

Claims (8)

1. Luftschall absorbierendes Formteil, umfassend zwei Kammern, die einan­ der in Richtung der eingeleiteten Schwingungen benachbart zugeordnet sind und während der bestimmungsgemäßen Verwendung einen gemein­ samen, zur Umgebung hermetisch abgeschlossenen Hohlraum begren­ zen, der als Luftfeder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (1, 2) jeweils von einer Begrenzungswandung (4, 5) aus einem polymeren Werkstoff begrenzt sind und daß die Begrenzungswandungen (4, 5) einstückig ineinander übergehend ausgebildet sind und im Übergangsbereich (6) durch zumindest ein in Richtung der eingeleiteten Schwingungen (7) elastisch nachgiebiges Federelement (8) relativ be­ weglich miteinander verbunden sind.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangs­ bereich (6) das Federelement (8) bildet und daß das Federelement (8), ausgehend von den beiderseits angrenzenden Begrenzungswandungen (4, 5) eine verringerte, stufenlos ineinander übergehende, membranartig dünne Materialstärke aufweist.

3. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Material­ stärke des Federelements (8) 0,1 bis 0,05 mal so groß ist wie die Mate­ rialstärke der Begrenzungswandungen (4, 5).

4. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ grenzungswandungen (4, 5) durch ein stufenförmig ausgebildetes Fe­ derelement (8) verbunden sind und daß das stufenförmige Federelement (8) zumindest eine Stufe (9) umfaßt.

5. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fe­ derelement (8) rollbalgartig ausgebildet ist.

6. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Begrenzungswandungen (4, 5) mit einem einstückig angeformten Befe­ stigungsflansch (10) versehen ist.

7. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luftschall zugewandte Begrenzungswandung (4, 5) eine zumindest teil­ weise ebene Oberfläche (11) aufweist.

8. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luftschall zugewandte Begrenzungswandung (4, 5) zumindest zwei von­ einander schwingungsentkoppelte Segmente (13, 12) umfaßt, die ein­ stückig ineinander übergehend ausgebildet sind und daß die Segmente (13, 12) eine voneinander abweichende Form und/oder Masse aufwei­ sen.