DE7222565U - Breitbandiger Schwingungsdämpfer zum Reduzieren von Körperschall - Google Patents

Description

Breitbandiger Schwingungsdämpfer zum Reduzieren von Körperschall

Die Neuerung bezieht sich auf einen breitbandigen Schwingungsdämpfer zum Reduzieren von Körperschall, wobei, in bekannter Weise die spektralen Punkt- und Momentimpedanzen zwischen dem Schwingungsdämpfer und dem zu dämpfenden Körper bei Berücksichtigung eines Kopplungsgliedes aufeinander abgestimmt sind;-

Bei sehr vielen Lärmquellen wird der Lärm durch Körperschwingungen abgestrahlt. Vor allem mitschwingende Oberflächen wirken hierbei als Übertrager. Dies ist im besonderen bei Baulärm_? Wohnragslärm und bvii Schienenläna der Fall. Auch ein Hauptanteil des Motoren— und Kompressorenlänns wird durch das Gehäuse abgestrahlt.

Zur Reduzierung von Körperschallschwingungen sind sogenannte Re>3onanzabsorber bekannt. Dabei handelt es sich im wesentlichen um Feder/Masse-Systeme, die an dem zu dämpfenden Körper anzubringen sind. Bei der Resonanzfrequenz erhält man damit eine sehr wirkungsvolle Dämpfung. Zur Erzielung einer breitbandigen Dämpfung ist e3 bei der bekannten Lögung jedoch notwendig, mehrere auf verschiedene Frequenzen abgestufte Resonanzabsorber zu verwenden. Außerdem ist es zur Dämpfung von dünnwandigen Blechteilen bekannt, diese mit viskosen Antidröhnbelägen zu versehen. Bei größeren Wandutärken sind dabei aber zusätzliche Konterbjrfleche notwendig. Vgl. hierzu M. Heckl: JASA. Band 3.3, Nr. 5, S. 640 ff. (1961) und O. Bschorr: Dämpfung von Körperschallschwingungen DAGA-.Tahrbuch 1973.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art zur Reduzierung von Körperschallschwingungen zu realisieren, der im.besonderen eine geringere Schallabstrahlung und eine bessere Schallabschirm-

gemäß gelöst durch die Kombination folgender Merkmale: a) ein als Wellenleiter bekanntes Hornteil welches b) mit seiner Breitseite an dem Körper befestigt ist, dessen Körperschall gedämpft werden soll und wobei c) die Schmalseite des Hornteils mit einen an sich bekannten reflexionsfreien Abschluß versehen ist·

Bei Horn teilen für Longitudinal-Transversal- und Torsionsschwingung können die für Homlautsprecher und akustische Transformer entwickelten Beziehungen übernommen werden, wobei lediglich zu beachten ist, daß die Hellenfortpflanzung entgegen dem Fall beim Homlautsprecher, in Richtung der Querschnittsverringerung er** folgt. Bei z.B. esponentieliem Querschnittsverlauf des Hornteils zeigt sich, daß oberhalb der sogenannten cut-off-Frequenz die Eingangsimpedanz des Hornteils konstant und reell wird, und der Eingangs impedanz eines unendlichen langen, zy linder is chen V7ellenleiters mit <'.&m Querschnitt gleich dein Querschnitt des Hornteils an der Breitseite entspricht. Durch das Hornteil wird dadurch ständig Körperschallenergie abgeleitet und dem zu dämpfenden Körper entzogen. Durch Anpassung der Impedanzen von Hornteil und dem Körper kann in an sich bekannter Weise die Energieableitung optimiert werden.

BEi Verwendung eines Hornteils mit Biegewellenanregung ergeben sich wegen der zugrunde liegenden Wellengleichung 4. Ordnung gegenüber den obengenannten Wellenarten 2. Ordnung etwas kompliziertere, im wesentlichen aber analoge Impedanzverhältnisse.

Im Rahmen der Erfindung wird der" reflexionsfreie Abschluß an der_ Schmalseite des Hornteils dadurch erreicht, daß dae Hornteil durch Materialwahl, durch dämpfende Oberzüge und/oder Einlagen bedämpft· wird. Außerdem ist es in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, an der Schmalseite des Hornteils reflexionsfrei, d.h. mit gleicher Trennimpedanz eine Dämpfungsstrecke anzuordnen. Bei der Dämpfung

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von Erregerkräften fester Frequenzen und bei Eigenfrequenzen ist es zweckmäßig, die Impedanz des Hornteils an diesen Stellen zu überhöhen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Schmalseite des Hornteils mit einer entsprechenden Abschlußimpedanz versehen ist.

Weiterhin ist es, um die Baulänge des Hornteils zu verkürzen, vorteilhaft, Hornteil und Dämpfungsstrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgehend auszugestalten. Bei einer Breite des Hornteils bzw. der Dämpfungsstrecke kleiner als die halbe Wellenlänge hat eine solche Maßnahme keinen Einflufl auf das Ausbreitungsverhalten der Wellen.

um nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Baulänge bei plattenförmigen Hornteilen mit Biegewellenleitung zu verkürzen, wird dir Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Biegewellen verringert. Dies kann in einfacher Weise durch fortschreitende Verringerung der Plattendicke erreicht werden. Außerdem ist es möglich, durch Erhöhung der Massebelegung und/oder Schwächung der Biegesteifigkeit durch Einschnitte und Kerbungen die Fortplanzungsgeschwin— digkeit herabzusetzen. In derartigen Leitern kann man vollkommen reflexionsfreie Biegewellenleitung erreichen, wenn sich entlang des Leiters die Biegewellenimpedanz nicht ändert.

Die Erfindung 1st anhand der folgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 einen Schwingungsdämpfer mit exponentiellem Querschnitts—

verlauf des Hornteils; '

Fig. 2 einen Schwingungsdämpfer mit Biegewellenanregung; Fig. 3 einen eingerollten Schwingungsdämpfer; Fig. 4 einen gefalteten Schwingungsdämpfer; Fig. 5 einen in sich zurückgehenden Schwingungsdämpfer; Fig. 6 einen gewendelten Schwingungsdämpfer;

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Fig. 7 Schwingungsdämpfer für reflexionsfreien Stababschluss; Fig. δ Schwingungsdämpfer für reflexions freien Flächenabschluß; Fig. 9 Schwingungsdämpfer für langgestreckte Dämpfungsteile; Fig.10 schwingungsdämpfer ebenfalls für langgestreckte Dämpfungsteile;

Fig.ii streifenförmige Schwingungsdämpfer»; Fig.12 Schwingungsdämpfer für Drehschwingungenj Fig. 13 Schwingungsdämpfer ebenfalls für Drehschwingungen.

In Fig. 1 ist das Hornteil 1 mit seiner Breitseite an einer zu dämpfenden Struktur 3 angebracht. Der Querschnitts verlauf entlang der Hornachse verläuft in dem dargestellten Beispiel z.B. exponentiell. Das Hornteil 1 besteht aus kompaktem Material, in dem sich Longitudinal-Transversal- und Tors ions schwingungen fortpflanzen können. Da homogene Materialien zumeist eine seht» hohe Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen und wegen der entsprechend großen Wellenlängen eine große Länge des Hornteils bedingen; ist es zweckmäßig- die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen. Dies ist dadurch möglich, daß im Grundmaterial Gaseinschlüsse und/oder Masseteile vorgehe;,sn sind. Außerdem ist es möglich, ein Hornteil mit Sandfüllung zu verwenden. Bekanntlich bietet Sand bei großer innerer Dämpfung den Wellen geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeiten. Schwingbewegungen der» Struktur 3 werden durch die kraftschlüssige Befestigung auf das Hornteil 1 übertragen und pflanzen sich dort fort. Durch die Verringerung der Querschnitts fläche wird die Schwingbewegurg konzentriert und in die sich anschließende Dämpfungsstrecke 2 eingeleitet. Die Dämpfungsstrecke 2 und das Hornteil 1 sind z.B. durch innere Haterialdämpfung bedämpft, so daß das freie Ende der Dämpfungsstrecke 2 reflexionsfrei gemacht werden kann.

Fig. 2 stellt ein analoges Ausführungsbeispiel für einen Schwingungsdämpfer mit Biegewellenanregung dar. Hornteil 11 und die anschließende Dämp fungs strecke 12 bestehen hier aus einem plattenförmigen Biegewellenleiter. Die Breite des Hornteils 11 verkleinert sich nach einer gewählten Funktion und geht in die Dämpfungsstrecke 12 mit konstanter Breite über. An der Breitseite ist das

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Hornteil 11 über einen Steg 15 kraftschlüssig oder kraft- und momentschlüssig an der zu dämpfenden Struktur 13 befestigt. Um einen reflexionsfreien Abschluß an der Schmalseite des Hornteils 11 zu erreichen, sind Hornteil 11 und Dämpfungsstrecke 12 mit einem viskosen Dämpfungsbelag 14 versehen. Der Querschnitts verlauf und die Befestigungsart des Hornteils 11 an der Struktur 13 richten sich in an sich bekannter Weise nach der zur optimalen Anpassung geforderten spektralen und komplexen Leitwertmatrix (Punkt-Momentimpedanz, Kopplungsglied). Zur Erhöhung der Impedanzen ist es möglich, mehrere Hornteile 11 mit einem Abstand entsprechend den Schwingungsausschlägengeschichtet übereinander* anzubringen. Zur Erhöhung der Dämpfung kann der Zwischenraum auch.mit viskosen Dämpfungsmaterialien versehen werden. Bei Luftzwischenraum läßt sich eine Dämpfung durch Bohrungen in den plattenförmigen Hornteilen erreichen, durch die die bei der Schwingbewegung verdrängte Luft überströmt.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 bis 5 stellen analog zu der Fi". 2 Schwingungsdämpfer mit auf Biegewellen angeregten Hornteilen dar, die zur Verringerung der Baugröße entsprechend modifiziert sind. .

In Fig. 3 ist das plattenförmige Hornteil 21 mit der sich daran anschließenden Dämpfungsstrecke 22 gerollt, und über einen Steg 25 an der zu dämpfenden Struktur 23 befestigt. Die Plattendicke von Hornteil 21 und Dämpfungsstrecke 22 wird fortlaufend geringer. Dadurch kommt es zu einer Herabsetzung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen und so zu einer Verkürzung der Baalänge. In Fig. 4 ist das plattenförmige Hornteil 31 mit der^ sich daran anschließenden Dämpfungsstrecke 32 gefaltet und über den Steg 35 an der Struktur 33 befestigt. Hornteil 31 und Dämpfungsstrecke 32 haben in diesem Ausführungsbeispiel Einkerbungen, deren Tiefen zunehmend größer-werden. Die Einkerbungen selbst verlaufen quer zur Fortpflanzungsrichtung der Schwingungen. Durch die Einkerbungen gelingt es, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen und damit die Baulänge herabzusetzen.

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In Fig. 5 ist das plattenförmige Kornteil «ti abgesetzt und geht in sich selbst zurück. In Fig. G ist das plattenföraiige Hornteil 51 mit der daran anschließenden Dänipfungsstrecke 52 gewendelt. Far reflexionsfreien Abschluß, Breitenverlauf und Befestigungsart gelten hier analog die Ausführungen zu Fig. 2.

Eine derartige Formgebung der Hornteile und der Dämpf ungsstreckei bleibt ohne Einfluß auf das Ausbreitungsverhalten der Biegewellen» solange die Breite kleiner als eine halbe Wellenlänge ist.

In Fig. 7 ist sin reflexions freier Abschluß einer Balkenstruktur δ3 dargestellt. An das 3alkenende schließt sich das Hornteil 51 an, das in die Dämpfungsstrecke 62 mündet. Um Eigenfrequenzen des Balkens auszugleichen, kann es zweckmäßig sein, anstelle einer vollständigen Dämpfung in Hornteil 61 und in der Dämpfungsstrecke 52, mit einer angepaßten Impedanz so abzuschließen, daß sich an den Resonanzstellen eine Überhöhung ergibt. Zur Verringerung der Baulänge ist es möglich, Hornteil· 61 und Dämpf ungsstrecke 62 um 180° gegeneinander umzubiegen.

Fig. 8 stallt das 2-diiaensionale Analogon zum 1-dimensionalen Fall in Fig. 7 dar. Um einen resonanzfreien Abschluß einer Plattenstruktur 73 zu erreichen sind an den Plattenrändera Hornteile , 71 mit Dämpfungsstrecken 72 angebracht. Diese bestehen zweckmäßigerweise aus demselben Material wie die Platte und sind aus einem Stück. Zur Verringerung der Baulänge ist es wiederum möglich, Hornteile 71 und Dämpfungsstr*
tung zum Platteninneren umzubiegen.

lieh, Hornteile 71 und Dämpfungsstrecke 72 um 180°, d.h. in Rich-

In Fig. 9 ist ein streifenförmiges Hornteil 31 zur Dämpfung von langgestreckten Balken- und Trägerstrukturen dargestellt. An das Hornteil 81 schließt sich wieder eine bedämpfte Dämofungsstrecke 82 an. Zur Verringerung der Baulänge ist es möglich, Hornteil 81 und Dämpfungsstrecke 02 zu rollen oder zu falten·

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In Fig. 10 ist ein Schwingungsdämpfer für ebenfalls lang gestreck- i

i te Strukturen oder für Flächen dargestellt. Er besteht aus einem. langgestreckten Befestigungssteg 95 mit daran angebrachten Hornteilen 91 und sich anschließende Dämpfungsstrecken 92. Diese sind als Biegewellenleiter plattenförmig ausgebildet und aus einem Plattenstück gestanzt. Zur besseren Materialausnützung und kompakteren Bauweise sind die Kornteile 91 in der dargestellten Weise asymmetrisch geformt.

Fig. 11 stelltin Draufsicht einen Schwingungsdämpfer für langgestreckte Strukturen dar* Dieser wird über den Befestigungsstegen ν 105 angebracht. Je 2 Hornteile 101 und 101' münden in eine gemeinsame Dämpfungsstrecke 102. Diese ist wie die Hornteile 101 und 101' bedampft. Mit dieser Anordnung gelingt es, den zur Verfugung stehenden Raum doppelt auszunützen. Anstelle der Breitenverringerung der Dämpfungsstrecke 102 ist es auch möglich, konstante Breite und entsprechende Verringerung der Dicke vorzunehmen.

Fig. 12 stellt einen Schwingungsdämpfer für Dreh schwingungen dar, der an dem zu dämpfenden Wellenende anzubringen ist. Die Wellenschwingung wird in das Hornteil 111 eingeleitet und pflanzt sich dort als Transversalwelle fort. Diese wird in der anschließenden r bedämpften Dämpf ungs strecke 112 abgebaut.

Fig. 13 ist ebenfalls ein Schwingungsdämpfer für Tors ions schwingungen. Ev wird an der zu dämpfenden Welle 123 angebracht,. Ober einen Befestigungsring 125 wird die WeI Ie η schwingung in das Hornteil 121 und die Dämpf ungs strecke 122 eingeleitet und gedämpft".

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Schutzansprüche

Claims (1)

1. Breitbandiger Schwingungsdämpfer zum Reduzieren von Körperschall, gekennzeichnet durch

a) ein als Wellenleiter bekanntes Hornteil (1,11,21,31,41, 51,61,71,81,91,1οι»,111,121) welches

b) rait seiner Breitseite an dem Körper befestigt ist, dessen Körperschall gedämpft werden soll und wobei .

c) die Schmalseite des Kornteils mit einem an sich bekannten reflexionsfreien Abschluß versehen ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η —

zeichnet

daß an der Schmalseite des Hornteils

eine Dampfungsstreclce (2,12,22,32,42,52,62,72,32,92,102, 112,122) angeordnet ist.

Schw5.ngungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet , daß Kornteil und Dämpfungsεtrecke gerollt, gefaltet, gewendelt oder in sich zurückgehend aus gestaltet sind.

4. Schwingungsdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 3, ge—-kennzeichnet durch in Fortpflanzungsr-ichtung der Schwingungen zunehmende riassenbelegung und/oder abnehmende Steifigkeit der Dämpfungsstrecke.

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