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.Anordnung zur Dämmung von Biegewellen in stabartigen oder plattenartigen
Gebilden Die akustischen Störungen, die von Maschinen und ähnlichen Geräuschquellen
ausgehen, nehmen ihren Weg zum Ohr vielfach als Körperschall über die festen Konstruktionsteile
des betreffenden Bauwerks oder Fahrzeugs. Ein erprobtes Mittel gegen die Körperschallausbreitung
stellt die Einschaltung schallweicher Zwischenlagen, wie Gummi, Kork u. dgl., dar.
Diese Maßnahme ist oft nachteilig in bezug auf die Stabilität der Konstruktion.
Auch muß sie, wie bei Schiffsbauten, aus Gründen der Dichtigkeit grundsätzlich ausscheiden.
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Man kann nun eine wirksamere Schalldämmung bei Platten- oder stabartigen
Elementen auch dadurch erzielen, daß man sie durch Zusatzmassen unterbricht. In
diesem Sinne wirken z. B. die Spanten an den Schiffen oder bei geeigneten Abmessungen
die Unterzüge einer Decke.
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Eigene systematische Versuche haben gezeigt, daß die oft erstaunlich
große Dämmwirkung solcher Massen gegenüber auftreffenden Biegewellen nicht einfach
als eine Folge der Trägheit der Massen gegenüber seitlichen Auslenkungen oder auch
gegenüber Drehungen angesehen werden kann, sondern daß bei richtiger Dimensionierung
die Kombination beider Bewegungsmöglichkeiten bei bestimmten Frequenzen dazu führen
kann, daß die Masse sich zwar bewegt, daß die Bewegung aber keine Biegewelle auf
der Rückseite der Masse, d. h. an der gegen die Biegewelle zu schützenden Stelle,
mehr auslöst: Es besteht dann eine vollständige
Sperrung der Biege-,vellen;
weshalb man solche Massen auch kurz als Sperrmassen bezeichnen könnte.
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In Fig. i sind -die Berechnungen und Messungen für ein derartiges
Beispiel, d. h. für eine Anordnung, bei der im Sinne der Erfindung eine günstige
Kombination von Auslenk- und Drehbewegungen der Masse stattfindet; wiedergegeben.
Links oben ist die auf ein Flacheisen von 2,7 mm Stärke und 2 cm Breite aufgesetzte
Masse im Schnitt zu sehen, darunter die Ansicht in der Längsrichtung des Flacheisens
betrachtet. Die Masse besteht in diesem Fall aus Aluminium und wiegt i 15
g, d. h. nur so viel wie ein 27 cm langes Stück des durch sie unterbrochenen Flacheisens.
Die Fig. i gibt den Frequenzgang der Schalldämmzahl
(Ni auffallende Biegewellenenergie, N2 durchgelassene Biegewellenenergie) wieder.
Die ausgezogene Kurve stellt das Ergebnis der Rechnung dar. Hierrjach war die Sperrfrequenz
bei etwa z300 Hz zu erwarten. In der Tat ergaben auch die Messungen, deren Ergebnisse
als Meßpunktbe eingetragen sind, hier eine Schalldämmzahl von über 4.o db. Aber
auch oberhalb der Sperrfrequenz kann immer noch mit einer erheblichen Dammwirkung
gerechnet werden, indem hier .die Kurve sich schließlich der strichpunktiert eingetragenen,
asymptotischen Geraden nähert. Schließlich zeigt die gestrichelte Kurve, welche
viel geringeren Schalldämmzahlen bei L.ongitüdinalwellen zu erwarten sind, wobei
ausschließlich die Trägheit der Massen gegenüber den in der Stablängsrichtung auftretenden
Translationsbewegungen -eine Rolle spielt.
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Unter der Sperrfrequenz fällt die Schalldämmzahl freilich ziemlich
steil ab. Es kommt also sehr darauf an, die Sperrfrequenz tief zu legen. Bei dem
Modellversuch nach Fig. i lag sie höher als es bei praktischen Schalldämmaufgaben
vielfach der Fall sein wird.
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Bei den meisten der aus anderen Gründen angewendeten Konstruktionselemente,
wie Spanten, z. B. Längs- oder Querspanten im Schiffsbau, oder Rippen bei Decken
u. dgl., die gleichzeitig auch als Sperrmassen im Sinne der Erfindung wirken können,
liegt die Sperrfrequenz so hoch, daß die Wirkung praktisch nicht mehr interessiert
Die Lage der Sperrfrequenzen ist in erster Näherung nur durch den Trägheitsradius
r der Sperrmasse- in bezug auf die neutrale- Faser des Biegewellenträgers und durch
die Biegewellenlänge.l in demselben bestimmt, und zwar gilt angenähert 2nr. Der
genauere Wert der Biegewellenlänge der Sperrfrequenz ergibt sich aus der Lösung
der Gleichung dritten Grades
Hierin bedeutet ;u die Masse des Biegewellenträgers (Stab oder Platte) je Längen-
bzw. Flächeneinheit und m die Masse der Sperrmasse bzw. die Masse des aufgesetzten
Profils je Längeneinheit.
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Jedenfalls ist @es günstig, wenn der Trägheitsradius der Sperrmasse
möglichst groß ist.
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Die hinter der Sperrmasse noch auftretende Bewegung ist in Fig. 2
dargestellt. Der Ausschlag oder die dort aufgetragene transversale Schnelle v nimmt
hinter der Sperrmasse nach der Gleichung
ab, wenn .1 wieder -die Biegewellenlänge und x die Entfernung von der Sperrmasse
bedeutet.
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Hierbei ist aber notwendig, daß die Sperrmasse trotzdem so steif bleibt,
daß sie sich im interessierenden Frequenzgebiet immer noch als starrer Körper bewegt.
Die Wichtigkeit dieser Forderung wurde auch durch Versuche und Rechnungen nachgewiesen.
Bei der in Fig.3 wiedergegebenen Sperrmasse ist ein hohl ausgebohrter Zylinder mittels
Schrauben an das Flacheisen angepreßt, so daß sie Schwingungen gegenüber dem Stabeisen
ausführen kann. Eine Behandlung als starrer Körper hätte den gestrichelt eingetragenen
Frequenzgang der Schälldämmzahl ergeben. Die Meßpunkte liegen wesentlich tiefer
und schmiegen sich gut der ausgezogen,-n Kurve an, die unter der Berücksichtigung
der Elastizität der Schrauben gerechnet ist.
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Eine steife Konstruktion bedeutet natürlich bei gleichem Trägheitsradius
eine Gewichtserhöhung. Eine solche Erhöhung hat aber zugleich den Vorteil, daß der
über der Sperrfrequenz zu erwartend:? asymptotische Anstieg zu größeren Dammzahlen
rückt. Für diesen nämlich
Auf der anderen Seite darf auch die Auflagerbreite der Sperrmasse nicht zu groß
sein. Dies zeigt das in Fig. q, wiedergegebene Beispiel; wo die in Abb. i gezeigte
Masse seitlich angekeilt ist. Dadurch bleiben die Meßpunkte ebenfalls unter der
für schmale Auflagerbreite geltenden gestrichelten Kurve. Auch hier entspricht die
ausgezogene Linie einer die wirkliche Auflagerbreite berücksichtigenden Rechnung.
Auch in Fig. i ist für ganz hohe Frequenzen die Auflagerbreite zu groß; möglicherweise
ist die starke Abweichung des letzten Meß-Punktes in Fig. i hierauf zurückzuführen.
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Diese Beispiele mögen namentlich zeigen, daß die vom Erfinder erkannte
besondere Dammwirkung nicht einfach aus Analogiebetrachtungen zu vermuten war und
daß es zu ihrer Erreichung besonderer konstruktiver Merkmale bedarf, wie sie die
aus anderen Gründen üblichen Bauelemente, wie Rippen und Spanten, nicht aufweisen.
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Dies beleuchtet auch das in Fig.5 wiedergegebene konstruktive Ausführungsbeispiel,
das sich auf eine Anwendung ,auf einem mittleren Dieselmotorboot bezieht. Hierbei
ist die Blechhaut
in einer Stärke von 6 mm gegeben, und außerdem
ist angenommen, daß bereits als Versteifung ein normales Winkeleisen 35 X 35 X 6
mm aufgeschweißt ist. Dieses Winkeleisen würde aber im hörbaren Frequenzbereich
nicht mehr als Sperrmasse wirken. Es kann aber gleich dazu verwendet werden, um
ein Sperrmassenprofil daran zu befestigen. Die einfachste Form, die großen Trägheitsradius
mit genügender Steifigkeit und kleiner Auflagerbreite verbindet, ist die Keilform.
Damit dabei -der Schwerpunkt des von einer. Seite angeschraubten Keils seitlich
nicht zu weit entfernt von der Befestigungswelle liegt, wurde der gestrichelt markierte
Teil des Keils rechts angefügt. Bei der vorliegenden Konstruktion würde der Trägheitsradius
etwa 7 cm betragen und somit die Sperrwellenlänge angenähert qq. cm. Bei der Platte
von 6 mm Stärkegehört diese Wellenlänge zu einer Frequenz von 2$o Hz. Da die tieferen
Frequenzen von den Biegewellenträgern schlechter abgestrahlt werden und da außerdem
das Ohr für die tieferen Frequenzen weniger empfindlich ist, ist von dem gezeichneten
Sperrmassenprofil bereits eine wirkungsvolle Dämmung zu erwarten.
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Die oben angeführten Rechnungen beziehen sich entweder auf Stäbe oder
bei Platten auf senkrechten Einfall der Biegewellen auf stabförmige Sperrmassen.
Berechnungen der Verhältnisse hei schrägem Einfall haben ergeben, daß auch hierbei
ähnliche Sperrwirkungen auftreten, die sogar dazu führen können, daß auch in dem
unter der für senkrechten Einfall geltenden Sperrfrequenz liegenden Frequenzbereich
außerhalb bestimmter Einfallswinkel starke Dämmwirkungen auftreten. Nur ausnahmsweise
treten bei schrägem Einfall geringer-, Dämmungen auf als bei senkrechten. Die an
Hand des senkrechten Einfalls dargelegten Verhältnisse und Bemessungsregeln können
daher im wesentlichen auch auf plattenartige Anordnungen übertragen werden, bei
welchen die stabförmige Sperrmasse unter den verschiedensten Winkeln getroffen wird.