WO2022058419A1

WO2022058419A1 - Festkörperstruktur

Info

Publication number: WO2022058419A1
Application number: PCT/EP2021/075469
Authority: WO
Inventors: Donald Meyer
Original assignee: Ruag Ammotec Ag
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2022-03-24
Also published as: DE102020124176A1; EP4214459A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörperstruktur, wie eine Triebwerksverkleidung, ein Waffenbauteil, insbesondere ein Lauf oder ein Schalldämpfer, oder eine sonstige akustisch wirksame Struktur, wobei die Festkörperstruktur an eine Körperschall-Geräuschquelle angeschlossen ist oder diese trägt und zwei sich in Körperschallwellenausbreitungsrichtung erstreckende und einander nähernde Körperschallwellenaufprallkanten aufweist, die wenigstens abschnittsweise in Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachtet konvex geformt sind.

Description

F estkörp erstruktur

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörperstruktur, wie eine Triebwerksverkleidung, ein Waffenbauteil, insbesondere ein Lauf oder ein Schalldämpfer, oder eine sonstige akustisch wirkende Struktur.

Schwingungsdämpfungselemente sind mehr denn je von Interesse, da Lärm sich zu einem der Haupt-Krankheitsverursacher entwickelt hat. Beispielsweise erhöht sich die Gefahr von Herzkrankheiten bei Straßenlärm ab 40 dBA, bei Flugzeuglärm von etwa 47 dBA. Es existieren bereits teure und teilweise umstrittene Lärmschutz-Konstruktionen.

Aus EP 2 578 802 Ai ist ein infinitesimal dünn auslaufendes Turbinenschaufelblatt bekannt, in dem sich die ausbreitenden Körper-Schallwellen gedämpft werden sollen, ohne die Aerodynamik des Turbinenschaufelblatts zu beeinträchtigen. Die keilförmige Schwingungsdämpfungsstruktur des Turbinenschaufelblatts nutzt den Effekt der sogenannten akustischen schwarzen Löcher. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine Dicke h(x) des Turbinenschaufelblatts in einem Abstand x von einer gedachten Linie außerhalb eines Außenrandes h(x) = s*xⁿ ist (wobei 8 eine positive Konstante und n eine reelle Zahl von 1 oder mehr ist).

Das Problem bei einer derartigen Struktur ist allerdings die technische Brauchbarkeit und Umsetzung, um die infinitesimal dünnen Turbinenschaufelblattenden herzustellen. Des Weiteren sind die infinitesimal dünnen Turbinenschaufelblattenden anfällig für Beschädigungen. Ferner besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Verletzungen von Dritten. Die infinitesimal dünn auslaufende Turbinenschaufelblattstruktur kann dadurch verringert werden, dass eine Dämpfungsschicht zusätzlich verwendet und auf die dünn zulaufenden Turbinenschaufelblattenden aufgebracht wird. Allerdings sind die Abmessungen der dünn zulaufenden Turbinenschaufelblattenden hierbei immer noch deutlich zu gering, um diese wirtschaftlich herstellen zu können und gleichzeitig eine ausreichende Stabilität der Turbinenschaufelblattenden sicherzustellen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik zu überwinden, insbesondere eine Festkörperstruktur mit verbesserter Körperschallreduzierung bereitzustellen, welche insbesondere wirtschaftlicher herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Danach ist eine Festkörperstruktur, wie eine Triebwerksverkleidung, ein Waffenbauteil, insbesondere ein Lauf oder ein Schalldämpfer, oder eine sonstige akustisch wirksame Struktur insbesondere für Schall dämmungs- und/oder Schalldämpfungsmaßnahmen, bereitgestellt. Die Festkörperstruktur kann eine von einer ebenen Erstreckung abweichende Gestalt besitzen, insbesondere dreidimensional geformt sein. Die erfindungsgemäße Festkörperstruktur kann so gestaltet sein, dass sie als Schall dämmungs- und/oder Schall dämpfungsbauteil wirkt, insbesondere im Vergleich zu umgebenden oder damit verbundenen Komponenten oder Bauteile eine höhere Schalldämmung und/oder Schall dämpfung aufweist. Als Maß für die Schalldämmungswirkung der Festkörperstruktur kann das Schalldämmmaß in Dezibel (dB) herangezogen werden. Die Schalldämmungswirkung kann ferner auch über die Abklingrate, auch Nachhall genannt (Reverberation Time), angeben werden, die beschreibt, wie schnell Körperschall in einem Festkörper abklingt.

Die erfindungsgemäße Festkörperstruktur ist an eine Körperschall-Geräuschquelle angeschlossen oder trägt diese. Falls die Festkörperstruktur eine Triebwerksverkleidung bildet, kann die Körperschall-Geräuschquelle beispielsweise durch das Triebwerk realisiert sein. Für den Fall, dass die Festkörperstruktur beispielsweise ein Waffenbauteil, wie ein Lauf oder ein Schalldämpfer, ist, bildet das Abfeuern der Schusswaffe die Körperschall-Geräuschquelle. Die erfindungsgemäße Festkörperstruktur ist insbesondere dann vorteilhaft einzusetzen, wenn die Geräuschquelle kurzzeitige Schallimpulse aussendet, beispielsweise in der Wehrtechnik. Als Beispiel kann der Abschuss einer Schusswaffe genannt werden. Im Allgemeinen bewirkt die Körperschall-Geräuschquelle einen Körperschall, also Schall, der sich in der Festkörperstruktur ausbreitet. Die Ausbreitungsrichtung des Körperschall wird im Folgenden als Körperschallwellenausbreitungsrichtung bezeichnet.

Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Festkörperstruktur gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zwei sich in Körperschallwellenausbreitungsrichtung erstreckende und einander nähernde Körperschallwellenaufprallkanten. Die Körperschallwellenaufprallkanten können ineinander münden, insbesondere unter Bildung einer Spitze. Beispielsweise besitzt die Spitze einen Radius von höchstens 0,1 mm. Als Herstellbarkeitsgrenze kann beispielsweise ein Spitzenradius von 0,01 mm herangezogen werden. Die derartig dünn zueinander zulaufenden Schallwellenaufprallkanten sind zum einen noch herstellbar und zum anderen bieten sie ein hohes Schall dämmmaß und/oder eine geringe Abklingrate. Die Körperschallwellenaufprallkanten können wenigstens abschnittsweise einen Außenumriss der Festkörperstruktur bilden und/oder der Umgebung zugewandt sein. Bei standardgemäßen Festkörperstrukturen verlässt der Körperschall die Festkörperstruktur an den Körperschallwellenaufprallkanten, wodurch sich der Körperschall in Luftschall fortbildet. Durch die erfindungsgemäße Formung der Körperschallwellenaufprallkanten kann die Ausbreitung des Körperschalls die umgebende Luft reduziert, insbesondere vermieden, werden. Dies wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass die Körperschallwellenaufprallkanten wenigstens abschnittsweise in Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachtet konvex geformt sind. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass sich durch die konvexe Form der Körperschallwellenaufprallkanten ein besonders gutes Schall dämmmaß und/oder eine geringe Abklingrate ergibt. Dies hängt unter anderem damit zusammen, dass infolge des konvexen Verlaufs der Körperschallwellenaufprallkanten ein hohes Maß an Körperschall an den Körperschallwellenaufprallkanten reflektiert wird und daran gehindert wird, sich in die umgebende Luft fortzusetzen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Körperschallwellenaufprallkanten ferner so gestaltet sein können, dass der an den Körperschallwellenaufprallkanten reflektierte Körperschall sich gegenseitig auslöscht. Hierbei kann sich die Festkörperstruktur der destruktiven Interferenz bedienen. In einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur weisen die Körperschallwellenaufprallkanten wenigstens abschnittsweise denselben Krümmungsradius auf. Insbesondere liegt der Abschnitt mit demselben Krümmungsradius der Körperschallwellenaufprallkanten auf gleicher Höhe bezüglich der Körperschallwellenausbreitungsrichtung. Dadurch verstärkt sich der gegenseitige Auslöschungseffekt der reflektierten Körperschallwellen.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Körperschallwellenaufprallkanten bezüglich einer in

Körperschallwellenausbreitungsrichtung orientierten Mittelachse symmetrisch ausgebildet. Beispielsweise ist eine durch die beiden Körperschallwellenaufprallkanten gebildete Zacke der Festkörperstruktur symmetrisch bezüglich der Mittelachse ausgebildet. Die Festkörperstruktur kann eine Vielzahl von derartig ausgebildeten Zacken aufweisen, wobei je zwei benachbarte Zacken mittels einer Körperschallwellenumlenkkante miteinander verbunden sind. Die Vielzahl der Festkörperstruktur-Zacken kann sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken oder zur Bildung einer dreidimensionalen Komponente von einer ebenen Erstreckung abweichen, beispielsweise im Querschnitt hohlzylindrisch ausgebildet sein oder eine andersartige dreidimensionale Struktur bilden. Auf diese Weise ist es möglich, die erfindungsgemäße Festkörperstruktur für beliebige Einsatzzwecke, bei denen ein hohes Maß an Schalldämmung und/oder Schall dämpfung gewünscht bzw. erforderlich ist, vorteilhaft einzusetzen.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur sind die Körperschallwellenaufprallkanten zur Bildung einer Antischalleinrichtung geformt. Die Körperschallwellenaufprallkanten können demnach so geformt sein, dass sie sich der destruktiven Interferenz bedienen. Die Gestaltung der Festkörperstruktur, insbesondere der Körperschallwellenaufprallkanten ermöglicht rein durch die geometrische Gestaltung eine Schallwellenkompensation, die einer Antischalleinrichtung gleichkommt, bei der normalerweise aktiv, künstlich, ein Schall generiert wird, um die destruktive Interferenz zu bewirken. Eines derartigen aktiven, künstlichen Schallerzeugers bedarf es erfindungsgemäß nicht. Beispielsweise sind die Körperschallwellenaufprallkanten so geformt, dass Körperschall von den Körperschallwellenaufprallkanten derart reflektiert wird, dass der reflektierte Körperschall sich insbesondere im Bereich einer in Körperschallwellenausbreitungsrichtung orientierten Mittelachse zwischen den Körperschallwellenaufprallkanten gegenseitig reduziert, insbesondere gegenseitig auslöscht. Die Reflektion des Körperschalls an den Körperschallwellenaufprallkanten bewirkt, dass der Körperschall nicht in die Umgebung austritt und sich dort fortsetzen kann. Durch die erfindungsgemäße Auslöschung der Körperschallwellen innerhalb der Festkörperstruktur wird der Körperschall somit vernichtet, so dass ein hohes Schalldammmaß der Festkörperstruktur erreicht ist.

Bei einer beispielhaften Weiterbildung der Festkörperstruktur beträgt ein Abstand h(x) der Körperschallwellenaufprallkanten quer zur

Körperschallwellenausbreitungsrichtung, also eine Dicke der Festkörperstruktur, insbesondere eine Dicke einer von den Körperschallwellenaufprallkanten gebildeten Zacke, in einem Abstand x von einer gedachten, quer, insbesondere senkrecht, zur Körperschallwellenausbreitungsrichtung orientierten Linie außerhalb der Festkörperstruktur h(x)=2*e*x^m. E und m betreffen dabei reelle Zahlen, sogenannte Multiplikationsfaktoren. Eine besonders vorteilhafte Festkörperstruktur ergibt sich, wenn der Faktor m im Bereich von 2 bis 3,5 und der Faktor e im Bereich von 25 bis 50 liegen. Die Multiplikationsfaktoren e und m sind als dimensions- bzw. einheitslos zu betrachten. Beispielsweise werden der Abstand x und die Dicke h(x) in Metern angegeben. Der Potenzfaktor m gemäß der obigen Gleichung potenziert dabei den Betragswert x, nicht dessen Einheit. In einer beispielhaften Ausführung liegt der Abstand h(x), also die Dicke der Zacke, im Bereich von 20 mm bis 80 mm. Beispielsweise kann eine in Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachtete Abmessung, insbesondere Länge, der Körperschallwellenaustrittskanten bzw. der durch diese gebildeten Zacke im Bereich von 80 mm bis 120 mm liegen.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur münden die zwei Körperschallwellenaufprallkanten in eine gemeinsame Spitze. Die Spitze kann in Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachtet konkav gekrümmt sein. Beispielsweise besitzt die Spitze einen Radius von höchstens 0,1 mm. Als Herstellbarkeitsgrenze kann beispielsweise ein Spitzenradius von 0,01 mm herangezogen werden. Die derartig dünn zueinander zulaufenden Schallwellenaufprallkanten sind zum einen noch herstellbar und zum anderen bieten sie ein hohes Schalldämmmaß, so dass die Festkörperstruktur sich besonders gut für akustisch wirksame Strukturen eignet, wie beispielsweise auch ein Schusswaffenlauf oder auch ein Schalldämpfer.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Festkörperstruktur, wie eine Triebwerksverkleidung, ein Waffenbauteil, insbesondere ein Lauf oder ein Schalldämpfer, oder eine sonstige akustisch wirksame Struktur, insbesondere für Schall dämmungs- und/oder Schalldämpfungsmaßnahmen, bereitgestellt. Die Festkörperstruktur kann eine von einer ebenen Erstreckung abweichende Gestalt besitzen, insbesondere dreidimensional geformt sein. Die erfindungsgemäße Festkörperstruktur kann so gestaltet sein, dass sie als Schalldämmungs- und/oder Schalldämpfungsbauteil wirkt, insbesondere im Vergleich zu umgebenden oder damit verbundenen Komponenten oder Bauteile eine höhere Schalldämmung und/oder Schall dämpfung aufweist. Als Maß für die Schalldämmungswirkung der Festkörperstruktur kann das Schalldammmaß in Dezibel (dB) herangezogen werden.

Die erfindungsgemäße Festkörperstruktur ist an eine Körperschall-Geräuschquelle angeschlossen oder trägt diese. Falls die Festkörperstruktur eine Triebwerksverkleidung bildet, kann die Körperschall-Geräuschquelle beispielsweise durch das Triebwerk realisiert sein. Für den Fall, dass die Festkörperstruktur beispielsweise einen Waffenbauteil, wie ein Lauf oder ein Schalldämpfer, ist, bildet das Abfeuern der Schusswaffe die Körperschall-Geräuschquelle. Im Allgemeinen bewirkt die Körperschall-Geräuschquelle einen Körperschall, also Schall, der sich in der Festkörperstruktur ausbreitet. Die Ausbreitungsrichtung des Körperschalls wird im Folgenden als Körperschallwellenausbreitungsrichtung bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Festkörperstruktur umfasst eine Körperschallwellenumlenkkante und zwei sich in Richtung einer Körperschallwellenausbreitungsrichtung von der Körperschallwellenumlenkkante weg erstreckende Körperschallwellenaufprallkanten. Mit anderen Worten können die Körperschallwellenaufprallkanten in eine gemeinsame Körperschallwellenumlenkkante münden. Die Körperschallwellenaufprallkanten können wenigstens abschnittsweise einen Außenumriss der Festkörperstruktur bilden und/oder der Umgebung zugewandt sein. Bei standardgemäßen Festkörperstrukturen verlässt der Körperschall die Festkörperstruktur an den Körperschallwellenaufprallkanten, wodurch sich der Körperschall in Luftschall fortbildet. Durch die erfindungsgemäße Formung der Körperschallwellenaufprallkanten kann die Ausbreitung des Körperschalls die umgebende Luft reduziert, insbesondere vermieden, werden.

Gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Körperschallwellenaufprallkanten in Richtung der

Körperschallwellenausbreitungsrichtung derart von der

Körperschallwellenumlenkkante weg, dass sie einen wenigstens abschnittsweise konkaven Luftschallraum begrenzen. Der Luftschallraum kann als derjenige Bereich der Umgebung verstanden werden, der sich zwischen den Körperschallwellenaustrittskanten befindet und von diesem begrenzt wird. Der sich von der Körperschall-Geräuschquelle ausbreitende Körperschall trifft zunächst auf die Körperschallwellenumlenkkante und wird an dieser umgeleitet, um sich schließlich entlang der Körperschallwellenausbreitungsrichtung in der Festkörperstruktur entlang den Körperschallwellenaufprallkanten weiter auszubreiten. An den Körperschallwellenaufprallkanten kann eine Reflektion des Körperschalls einhergehen.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur ist die Körperschallwellenumlenkkante bezüglich einer Körperschallwellenausbreitungsrichtung konvex geformt. Die konvexe Form der Schallwellenumlenkkante kann ein besonders hohes Maß an Körperschallreflektion bewirken.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur weist die Körperschallwellenumlenkkante einen Radius von höchstens 0,1 mm auf. Beispielsweise kann eine Herstellbarkeitsgrenze der konvex gekrümmten Körperschallwellenumlenkkante bei 0,01 mm liegen.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur ist wenigstens eine der Körperschallwellenaufprallkanten in einem bezüglich der Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachteten Endabschnitt und/oder die gemeinsame Spitze der Körperschallwellenaufprallkanten mit einer Dämpfimgs- und/oder Dämmschicht versehen. Die Dämpfungsschicht kann aus einem beliebigen Material bestehen, welches sich zur Schalldämmung und/oder Schalldämpfung eignet. Beispielsweise kann dieses auf Polymerbasis bestehen. Beispielsweise kann die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht eine Schichtdicke im Bereich von 0,05 mm bis 1 mm aufweisen.

Die Dämpfungsschicht bewirkt eine weitere Verbesserung des Schalldämmmaßes. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass mittels des Aufbringens der Dämpfungs- bzw. Dämmschicht der Nachteil ausgeglichen werden kann, dass infinitesimal dünn auslaufende Festkörperstrukturen nicht herstellbar sind, welche sich als optimal im Hinblick auf die Schalldämmung und/oder Schall dämpfung erweisen würden. Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur mit einer aufgebrachten Dämpfungs- oder Dämmschicht kann zum einen die Herstellbarkeit der Festkörperstruktur sichergestellt werden und zum anderen dennoch ein sehr hohes Schall dämmmaß und/oder eine geringe Abklingrate erreicht werden.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht entlang wenigstens eines Drittels einer in Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachteten Gesamtlänge der entsprechenden Körperschallwellenaufprallkante aufgebracht. Es wurde herausgefunden, dass es nicht zwingend erforderlich ist, die gesamte Körperschallwellenaufprallkante mit der Dämpfungs- und/oder Dämmschicht abzudecken. Eine Aufbringung im Bereich des spitz zulaufenden Endabschnitts, welcher in die Spitze mündet, erreicht bereits ein hohes Maß an Verbesserungen des Schalldämmmaßes. Ferner kann die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht eine Verletzung einer Person vermeiden, die die spitz zulaufenden Zacken bzw. Spitzen mit der Dämpfungs- und/oder Dämmschicht abgedeckt sind.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur sind die Körperschallwellenaufprallkanten zur Ausbildung einer C- Form umgebogen. Es sei klar, dass aufgrund der Umbiegung die Körperschallwellenaufprallkanten abschnittsweise nicht konvex gekrümmt sind. Ein Vorteil des Umbiegens der Körperschallwellenaufprallkanten besteht darin, dass eine Verletzung von Personen vermieden werden kann, nämlich dadurch, dass die spitz zulaufenden Spitzen der von den Körperschallwellenaufprallkanten gebildeten Zacken nicht mehr nach außen gerichtet sind, sondern geneigt, so dass die Spitze nicht mehr unmittelbar der Umgebung und Personen in der Umgebung zugewandt ist. Beispielsweise ist ein an eine gemeinsame Spitze der Körperschallwellenaufprallkanten anschließender Endabschnitt der Körperschallwellenaufprallkanten quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zur Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) orientiert.

In einer weiteren beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur ist zwischen die zwei sich von der Körperschallwellenumlenkkante aus erstreckenden Körperschallwellenaufprallkanten eine Dämpfungs- und/oder Dämmschicht, insbesondere aus einem Polymermaterial oder einem anderen geeigneten Dämpfungs- und/oder Schalldämmmaterial, eingebracht. Neben einem erhöhten Schall dämmungs- und/oder Schalldämpfungseffekt geht damit auch ein weiterer Schutz vor Verletzungen an Personen einher, da die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht im Bereich der spitz zulaufenden Endabschnitte angeordnet ist. Beispielsweise ist die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht mit wenigstens einer Körperschallwellenaufprallkante verklebt, insbesondere mit beiden Körperschallwellenaufprallkanten.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur liegt eine in Körperschallwellenausbreitungsrichtung betrachtete Axiallänge der Körperschallwellenaufprallkanten im Bereich von 80 mm bis 120 mm. Die Axiallänge in Kombination mit der erfindungsgemäßen geometrischen Ausbildung und der dadurch erreichten Dicke h(x) der durch die Körperschallwellenaufprallkanten gebildeten Zacken kann ein optimales Schall dämmmaß und/oder eine optimale Abklingrate für beliebig gestaltete und/oder eingesetzte Festkörperstrukturen erreicht werden.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur umfasst die Festkörperstruktur eine Vielzahl an Körperschallwellenaufprallkanten-Paaren, wobei je zwei benachbarte Körperschallwellenaufprallkanten-Paare mittels einer Körperschallwellenumlenkkante miteinander verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine Abfolge an Festkörperstruktur- Zacken. Beispielsweise kann die Festkörperstruktur im Bereich der Körperschallwellenaufprallkanten-Paare im Querschnitt hohlzylindrisch gebildet sein. Eine derartige Ausbildung eignet sich besonders gut für rotationssymmetrische Festkörperstrukturen, wie beispielsweise einen Schusswaffenlauf, einen Schalldämpfer oder ein Chevron eines Flugzeugs.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bildet je ein Körperschallwellenaufprallkanten-Paar eine Zacke und die Zacken sind derart in Richtung einer benachbarten Zacke umgebogen, dass eine Körperschallwellenaufprallkante eines Paars mit einer Körperschallwellenaufprallkante eines benachbarten Paars in Kontakt gerät. Ferner kann zwischen die umgebogenen, einander zugewandten Körperschallwellenaufprallkanten eine Dämpfungs- und/oder Dämmschicht eingebracht, insbesondere eingeklebt, sein. Dabei ist klar, dass sich die Körperschallwellenaufprallkanten nicht unmittelbar berühren, sondern über die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht miteinander verbunden sind.

Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

Fig. i eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur;

Fig. 2 eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen

Festkörperstruktur;

Fig. 3 eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen

Festkörperstruktur;

Fig. 4 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur als Chevron;

Fig. 5 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur als Rotorblatt; Fig. 6 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur als Schalldämpfer;

Fig. 7 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur als Schusswaffenlauf; und

Fig. 8 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur als Schalldämmplatte.

In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungen erfindungsgemäßer Festkörperstrukturen, die im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen sind, anhand der beiliegenden Figuren wird die konstruktive Gestaltung erfindungsgemäßer Festkörperstrukturen 1 veranschaulicht sowie deren Wirkungsweise in Bezug auf Körperschalldämmung und/oder Körperschalldämpfung erläutert. Die Fig. 1 bis 3 stellen beispielhafte Ausführungen erfindungsgemäßer Festkörperstrukturen 1 in einer Draufsicht und als Teilansicht dar. Die Fig. 4 und 7 zeigen beispielhafte Ausführungen erfindungsgemäßer Festkörperstrukturen 1 in perspektivischer Ansicht, als Chevron (Fig. 4), als Rotorblatt (Fig. 5), als Schalldämpfer (Fig. 6), als Schusswaffenlauf (Fig. 7) und als Schalldämmplatte (Fig. 8).

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur 1 abgebildet, die für beliebige Festkörperstrukturen eingesetzt werden kann, bei denen ein hohes Maß an Körperschalldämmung und/oder Körperschalldämpfung gewünscht ist. Derartige Festkörperstrukturen können als akustisch wirksame Strukturen bezeichnet werden. Die Festkörperstruktur 1 trägt eine durch das Bezugszeichen 3 angedeutete Körperschall-Geräuschquelle oder ist an diese angeschlossen. Die Körperschallgeräuschquelle emittiert kontinuierlich oder diskontinuierlich Schall, welcher sich in Form von Körperschallwellen in der Festkörperstruktur 1 ausbreitet und darin eine Körperschallwellenausbreitungsrichtung T definiert. Es sei klar, dass im Verlauf der Körperschallwellenausbreitung die Körperschallwellenausbreitungsrichtung durchaus von der ursprünglichen Haupt-Körperschallwellenausbreitungsrichtung T abweichen kann, beispielsweise dann, wenn der Körperschall an Hindernisse, wie Körperschallaufprall- oder -umlenkkanten oder Ähnliches, auftrifft. Des Weiteren umfasst die Festkörperstruktur i mehrere, gemäß Fig. i insgesamt vier, Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11. Je zwei benachbarte

Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7 bzw. 9, 11 bilden eine Zacke 13 bzw. 15 der Festkörperstruktur 1. Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden benachbarten Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, bzw. 9, 11, welche jeweils ein

Körperschalwellenaufprallkanten-Paar bilden, sich in

Körperschallwellenausbreitungsrichtung T erstrecken und sich einander zur Bildung einer gemeinsamen Spitze 17 bzw. 19 nähern, in welche die beiden Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7 bzw. 9, 11 münden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 wenigstens abschnittsweise in Körperschallwellenausbreitungsrichtung T betrachtet konvex geformt. In der beispielhaften, in Fig. 1 abgebildeten Ausführung der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur 1 sind die Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 im Wesentlichen entlang ihrer vollständigen Längserstreckung konvex geformt.

Des Weiteren sind Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 bezüglich einer Mittelachse M zwischen ihnen symmetrisch ausgebildet. Dies bedeutet, dass die von den Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7 bzw. 9, 11 geformten Festkörperstruktur- Zacken 13 bzw. 15 achsensymmetrisch bezüglich der Mittelachse M ausgebildet sind. Durch die geometrische Ausbildung der Festkörperstruktur-Zacken 13, 15 wird der sich ausgehend von der Körperschall-Geräuschquelle 3 ausbreitende Körperschall in den Zacken 13, 15 bestmöglich gedämpft und/oder gedämmt, insbesondere ausgelöscht. Die konvexe Formung der Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 gewährleistet, dass der Körperschall von den Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 besonders effektiv reflektiert wird. Die Reflektion erfolgt insbesondere derart, dass der jeweils von zwei benachbarten Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7 bzw. 9, 11 eines Körperschallwellenaufprallkanten-Paares reflektierte Körperschall sich insbesondere im Bereich der Mittelachse M zwischen den benachbarten Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7 bzw. 9, 11 gegenseitig reduziert, insbesondere auslöscht. Auf diese Weise kann der letztlich sich in die Umgebung, welche die Festkörperstruktur 1 umgibt, beispielsweise Luft, fortsetzende Schall, insbesondere Luftschall, stark minimiert werden, so dass die Festkörperstruktur 1 ein hohes Schalldämmmaß (in Dezibel) besitzt. Die Zacken 13, 15 können demnach als passive Antischalleinrichtung wirken. Die beiden Zacken 13, 15 sind mittels einer gemeinsamen

Körperschallwellenumlenkkante 21 miteinander verbunden. Mit anderen Worten erstrecken sich ausgehend von der Körperschallwellenumlenkkante 21, die in Richtung der Körperschall-Geräuschquelle 3 orientiert ist, zwei Körperschallwellenaufprallkanten 7, 9 in Richtung der

Körperschallwellenausbreitungsrichtung T. Die beiden, sich ausgehend von der Körperschallwellenumlenkkante 21 aus erstreckenden

Körperschallwellenaufprallkanten 7, 9 sind Teil zweier benachbarter

Festkörperstruktur-Zacken 13, 15 bzw. zweier benachbarter

Körperschallwellenaufprallkanten-Paare 5, 7 bzw. 9, 11.

Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt erstrecken sich die Körperschallwellenaufprallkanten 7, 9 derart in Richtung der

Körperschallwellenausbreitungsrichtung T weg von der Körperschallwellenumlenkkante 21, dass ein wenigstens abschnittsweise konkaver Luftschallraum 23 von den Körperschallwellenaufprallkanten 7, 9 begrenzt wird. Gemäß Fig. 1 ist der Luftschallraum 23 im Wesentlichen vollständig konkav geformt. Die Körperschallwellenumlenkkante 21 hingegen ist bezüglich der Körperschallwellenausbreitungsrichtung T konvex und weist einen Radius von höchstens 0,1 mm auf.

Die Ausführung der Festkörperstruktur 1 gemäß der Fig. 1 umfasst ferner eine weitere Maßnahme zur Verbesserung des Schalldämmmaßes der Festkörperstruktur i. Im Bereich eines bezüglich der Körperschallwellenausbreitungsrichtung T betrachteten Endabschnitts 29, 31 der Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 sind diese mit einer Dämpfungs- und/ oder Dämmschicht 25 versehen. Dabei handelt es sich um eine dünn aufgetragene Materialschicht beispielsweise auf Polymerbasis oder einem anderen geeigneten Schall dämmungs- und/oder Schall dämpfungsmaterial, welche beispielsweise auf die Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 aufgeklebt ist. Die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht 25 ist entlang wenigstens eines Drittels einer in Körperschallwellenausbreitungsrichtung T betrachteten Gesamtlänge der entsprechenden Körperschallwellenaufprallkante 5, 7, 9, 11 aufgebracht. Der restliche Abschnitt der Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11, welcher sich hin zu der Körperschallwellenumlenkkante 21 erstreckt, kann frei von einer Dämpfungsund/ oder Dämmschicht 25 sein. Die Ausbildung der Festkörperstruktur i gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Festkörperstruktur 1 gemäß Fig. 1 im Wesentlichen durch die zusätzliche aufgebrachte Dämpfungs- und/oder Dämmschicht 27, die anders als in Fig. 1, in welcher die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht 25 lokal, gezielt auf die Endabschnitte der Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 aufgebracht ist, als ebene Dämpfungs- und/oder Dämmschichtmatte 27 realisiert ist. Im Übrigen sind die Festkörperstruktur- Zacken 13, 15 im Wesentlichen entsprechend Fig. 1 ausgebildet. Im Unterschied zu Fig. 1 sind die Endabschnitte 29 bzw. 31 der Festkörperstruktur-Zacken 13 bzw. 15 zu wenigstens einem Drittel einer Gesamtaxialerstreckung der Zacken 13, 15 in die Dämpfungs- und/ oder Dämmschichtmatte 27 eingelassen bzw. eingesteckt. Bis auf die Aussparungen für die Endabschnitte 29, 31 der Zacken 13, 15 ist die Dämpfungs- und/oder Dämmschichtmatte 27 im Wesentlichen kontinuierlich und verbindet die benachbarten Zacken 13, 15 miteinander. Wie auch in der Ausführung gemäß Fig. 1 kann die Spitze 17, 19 der Zacken 13, 15 einen Radius von höchstens 0,1 mm besitzen.

In der Ausführung gemäß Fig. 2 ist ferner vorgesehen, dass eine Schutzabdeckung 33 von außen, wenigstens einseitig, insbesondere von beiden Seiten, auf die Dämpfungs- und/oder Dämmschichtmatte 27 aufgebracht ist. Beispielsweise kann die Schutzabdeckung 33 mit der Dämpfungs- und/oder Dämmschichtmatte 27 verschraubt sein, was über die Bezugszeichen 35 angedeutet ist. Es sei klar, dass für den Fall, dass beidseitig der Dämpfungs- und/ oder Dämmschichtmatte 27 eine Schutzabdeckung 33 vorgesehen ist, die beiden Schutzabdeckungen 33 miteinander verschraubt werden.

In Fig. 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Festkörperstruktur 1 abgebildet, welche grundsätzlich ähnlich zu den vorhergehenden Ausführungen aufgebaut ist. In Fig. 3 weist die Festkörperstruktur 1 drei benachbarte Festkörperstruktur-Zacken 13, 15, 16 auf, wobei die dritte Zacke 16 ebenso von zwei im Wesentlichen analog zu den anderen Körperschallwellenaufprallkanten 5, 7, 9, 11 ausgebildeten Körperschallwellenaufprallkanten 13, 15 gebildet ist, welche in eine gemeinsamen Sitze 20 münden. Die der Zacke 15 benachbarte Körperschallwellenaufprallkante 13 mündet mit der Körperschallwellenaufprallkante 11 der Zacke 15 in einer gemeinsamer Körperschallwellenumlenkkante 22, die entsprechend der Körperschallwellenumlenkkante 21 geformt sein kann. Die Zacken 13, 15, 16 sind gemäß Fig. 3 in Richtung einer benachbarten Zacke umgebogen. Es ist zu erkennen, dass die Zacken derart weit umgebogen sind, dass ein in die jeweilige Spitze 17, 19, 20 der Zacken 13, 15, 16 mündender Endabschnitt der Zacken 13, 15, 16 im Wesentlichen senkrecht zur

Körperschallwellenausbreitungsrichtung T orientiert ist. Des Weiteren sind die Zacken 13, 15, 16 derart weit umgebogen, dass ein geringfügiger Freiraum zwischen benachbarten Körperschallwellenaufprallkanten 7, 9 bzw. 11, 13 zweier benachbarter Zacken 13, 15 bzw. 15, 16 entsteht. In diesem Freiraum ist eine Dämpfungs- und/oder Dämmschicht 37 in Form eines keilförmigen Dämpfungs- und/oder Dämmschichtstreifens eingebracht, insbesondere eingeklebt. Insofern sind die benachbarten Zacken 13, 15, 16 im Bereich der Endabschnitte, also nahe der Spitzen 17, 19, 20, miteinander verbunden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen beispielhafte Ausbildungen der Festkörperstrukturen 1 als ein Chevron 39 eines Flugzeugs (Fig. 4) und einmal als ein Rotorblatt 41 beispielsweise eines Hubschraubers oder eines Flugzeugs. Es ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Festkörperstruktur 1 sich ebenfalls besonders gut für dreidimensionale Bauteile eignet.

Weitere beispielhafte Ausführungen von erfindungsgemäßen Festkörperstrukturen 1 sind in den Figuren 6 bis 8 abgebildet, wobei die Figuren 6 und 7 die Waffentechnik betreffen. Figur 7 zeigt die Festkörperstruktur 1 als Schalldämpfer mit einer vorderseitigen Öffnung 43, über die das Projektil den Schalldämpfer 1 verlässt, und einer rückseitigen Befestigungseinrichtung 45, insbesondere einem Außengewinde, zum Verbinden mit der Mündung einer Schusswaffe (nicht dargestellt). Der Schalldämpferaußenmantel ist in Schussrichtung betrachtet abschnittsweise durch die erfindungsgemäße Festkörperstruktur 1 gebildet, welche sich mantelartig und rotationsförmig um den holen Innenraum erstreckt. Insofern bildet die Festkörperstruktur 1 eine geschlossene Ringstruktur, die in Axialrichtung betrachtet konstant geformt ist. In analoger Weise ist die Ausführung der Festkörperstruktur 1 am Schusswaffenlauf in Figur 7 zu verstehen, in der die Festkörperstruktur 1 den Schusswaffenlaufmantel hinter der vorderseitigen Mündung 47 der nicht dargestellten Schusswaffe bildet. Sowohl bei der Schalldämpfer-Festkörperstruktur 1 in Figur 6 als auch bei der Schusswaffen-Festkörperstruktur 1 gemäß Figur 7 ist die Geräuschquelle 3 durch den Abschuss des Projektils mittels der Schusswaffe realisiert. Insofern ergibt sich hier ein kurzzeitiger Schallimpuls. Bei diesem Einsatzzweck macht sich die erfindungsgemäße Festkörperstruktur i besonders bemerkbar, da eine deutlich verringerte Abklingrate bzw. ein deutlich höheres Schalldämmmaß erreicht werden kann im Vergleich zu konventionellen Schalldämpfern bzw. Schusswaffenläufen. Der durch das Abfeuern der Schusswaffe generierte Schallimpuls wird mittels der erfindungsgemäßen Festkörperstruktur i stark gedämmt bzw. gedämpft.

Die Ausführung der Festkörperstruktur i gemäß Figur 8 stellt eine ebene Schalldämmplatte gewisse Materialstärke dar, dessen umlaufender Rand durch die strukturellen Maßnahmen der Festkörperstruktur i ein hohes Schalldämmmaß und eine geringe Abklingrate aufweist. Beispielsweise ist Mittelbereich 49 an die Geräuschquelle 3 angeschlossen oder trägt diese (nicht dargestellt). Der sich ausgehend von der Geräuschquelle 3 ausbreitende Körperschall läuft verteilt in die Zacken 13, 15, 16 hinein und wird dort besonders effektiv gedämpft bzw. gedämpft.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Festkörperstruktur

3 Körperschall-Geräuschquelle

5, 7, 9, 11, 43, 45 Körperschallwellenaufprallkante

13, 15 Zacke

17, 19, 20 Spitze

21, 22 Körperschallwellenumlenkkante

23 Luftschallraum

25, 27, 37 Dämpfungs- und/ oder Dämmschicht

29, 31 Endabschnitt

33 Schutzabdeckung

35 Verschraubung

39 Chevron

41 Rotorblatt

43 Öffnung

45 Befestigungseinrichtung

47 Mündung

M Mittelachse

Körperschallwellenausbreitungsrichtung

Claims

ANSPRÜCHE

1. Festkörperstruktur (1), wie eine Triebwerksverkleidung, ein Waffenbauteil, insbesondere ein Lauf oder ein Schalldämpfer, oder eine sonstige akustisch wirksame Struktur, wobei die Festkörperstruktur (i) an eine Körperschall- Geräuschquelle (3) angeschlossen ist oder diese trägt und zwei sich in Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) erstreckende und einander nähernde Körperschallwellenaufprallkanten aufweist, die wenigstens abschnittsweise in Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) betrachtet konvex geformt sind.

2. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 1, wobei die Körperschallwellenaufprallkanten wenigstens abschnittsweise denselben Krümmungsradius aufweisen.

3. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die

Körperschallwellenaufprallkanten bezüglich einer in

Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) orientierten Mittelachse (M) symmetrisch ausgebildet sind.

4. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Körperschallwellenaufprallkanten zur Bildung einer Antischalleinrichtung geformt sind, insbesondere so geformt sind, dass Körperschall von den Körperschallwellenaufprallkanten derart reflektiert wird, dass der reflektierte Körperschall sich insbesondere im Bereich einer in Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) orientierten Mittelachse (M) zwischen den Körperschallwellenaufprallkanten gegenseitig reduziert, insbesondere auslöscht.

5. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abstand h(x) der Körperschallwellenaufprallkanten quer zur Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) in einem Abstand x von einer gedachten, quer, insbesondere senkrecht, zur Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) orientierten Linie außerhalb der Festkörperstruktur (1) h(x)=2*e*x^m beträgt, wobei e und m reelle Zahlen sind, wobei insbesondere der Abstand h(x) im Bereich von 20 mm bis 80 mm liegt.

6. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Körperschallwellenaufprallkanten in eine gemeinsame Spitze (17, 19, 20) münden, wobei insbesondere die Spitze (17, 19, 20) einen Radius von höchstens 0,1 mm aufweist.

7. Festkörperstruktur (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, wie eine Triebwerksverkleidung, ein Waffenbauteil, insbesondere ein Lauf oder ein Schalldämpfer, oder eine sonstige akustisch wirksame Struktur, wobei die Festkörperstruktur (1) an eine Körperschall-Geräuschquelle (3) angeschlossen ist oder diese trägt und eine Körperschallwellenumlenkkante (21, 22) sowie zwei Körperschallwellenaufprallkanten aufweist, die sich in Richtung einer Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) derart von der Körperschallwellenumlenkkante (21, 22) weg erstrecken, dass sie einen wenigstens abschnittsweise konkaven Luftschallraum (23) begrenzen.

8. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 7, wobei die

Körperschallwellenumlenkkante (21, 22) bezüglich der

Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) konvex geformt ist.

9. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Körperschallwellenumlenkkante (21, 22) einen Radius von höchstens 0,1 mm aufweist.

10. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Körperschallwellenaufprallkanten in einem bezüglich der Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) betrachteten Endabschnitt und/oder die Spitze (17, 19, 20) mit einer Dämpfungs- und/oder Dämmschicht versehen ist.

11. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 10, wobei die Dämpfungs- und/oder Dämmschicht entlang wenigstens eines Drittels einer in Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) betrachteten Gesamtlänge der entsprechenden Körperschallwellenaufprallkante aufgebracht ist.

12. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Körperschallwellenaufprallkanten zur Ausbildung einer C-Form umgebogen sind, wobei insbesondere ein an eine gemeinsame Spitze (17, 19, 20) der Körperschallwellenaufprallkanten anschließender Endabschnitt der Körperschallwellenaufprallkanten quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zur Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) orientiert ist. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 12, wobei zwischen die zwei sich von der

Körperschallwellenumlenkkante (21, 22) aus erstreckende

Körperschallwellenaufprallkanten eine Dämpfungs- und/oder Dämmschicht eingebracht ist, insbesondere mit wenigstens einer Körperschallwellenaufprallkante verklebt ist. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine in Körperschallwellenausbreitungsrichtung (T) betrachtete Axiallänge der Körperschallwellenaufprallkanten im Bereich von 80 mm bis 120 mm liegt. Festkörperstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl an Körperschallwellenaufprallkanten-Paaren, wobei je zwei benachbarte Körperschallwellenaufprallkanten-Paare mittels einer Körperschallwellenumlenkkante (21, 22) miteinander verbunden sind, wobei insbesondere die Festkörperstruktur (1) im Bereich der Körperschallwellenaufprallkanten-Paare im Querschnitt hohlzylindrisch gebildet ist. Festkörperstruktur (1) nach Anspruch 15, wobei je ein

Körperschallwellenaufprallkanten-Paar eine Zacke bildet und die Zacken derart in Richtung einer benachbarten Zacke umgebogen sind, dass eine

Körperschallwellenaufprallkante eines Paars mit einer Körperschallwellenaufprallkante eines benachbarten Paars in Kontakt gerät, wobei insbesondere zwischen die sich berührenden Körperschallwellenaufprallkanten eine Dämpfungs- und/oder Dämmschicht eingebracht, insbesondere eingeklebt, ist.