CH416143A - Schalldämpfer - Google Patents

Description

      Schalldämpfer       Die     Erfindung    bezieht sich auf einen     Schalldämp-          fer        mit    wenigstens     einer    mit einem Strömungskanal       verbundenen        Kammer.     



  Bei Absorptionsschalldämpfern ist es bekannt,  Kanäle, deren Wandungen mit porösen     Materialien     ausgekleidet sind, zur     Schalldämpfung    zu     verwen-          den,    wobei     durch    Reibung der     Gasteilchen    an dem  Skelett der porösen Stoffe die     Verluste    entstehen.

    Um diese     Verluste    und damit die Wirksamkeit der  Schalldämpfer zu erhöhen, kann man     hinter    den po  rösen Werkstoffen Hohlräume anbringen, um zu er  reichen, dass die     Schallschnelle,    also die Wechsel  bewegungen der Luftteilchen im     porösen    Stoff, einen       möglichst    grossen     Wert    erreicht.

   Diese     Bedingung     wird     bekanntlich        dann    erfüllt, wenn der     hinter    dem       porösen        Werkstoff    liegende Hohlraum etwa     eine          Viertel-Schallwellenlänge    tief ist, wobei man     einen           Resonanzeffekt     ausnutzt. Die auf diese Art     erzielte     Dämpfung ist meist     grösser,    als     wenn    man den ge  samten     Hohlraum    mit porösem Stoff     ausfüllenwürde:.     



  Derartige Schalldämpfer haben jedoch den Nach  teil, dass die Tiefe der     Auskleidung    relativ gross     sein     muss,     wenn    Schall tiefer Frequenzen     gedämpft    wer  den soll.

   Man hat daher, um dieser Schwierigkeit zu  begegnen, an Stelle von homogenen     Schichten,    aus       Schallschluckstoff        sogenannte        Helrnholtz-Resonato-          ren    zur Auskleidung der Kanäle     verwendet.    Bei der  artigen Bauformen stehen die Hohlräume nur über       verhältnismässig    kleine     Öffnungen        mit    dem zu dämp  fenden Kanal     in        Verbindung,

      wobei     dann        wieder    zur       Erzielung    der Dämpfung in die     Öffnungen    poröser  Werkstoff eingebracht     wird.    Man     kann        aber    bekannt  lich auch so     vorgehen,    dass die     Öffnungen    so     klein     gehalten werden, dass bereits die Luftreibung an den       Öffnungsrändern    für     die    Dämpfung ausreichend ist.

    Auch     in    diesem Falle     wird:    ein     Resonanzeffekt    aus-         genutzt,        denn,    die     Dämpfung    kann zwar     mit    einem  verhältnismässig     kleinen:

          zusätzlichen    Volumen er  zeugt     werden,        ist        aber    auch auf     einen    verhältnismäs  sig     schmalen,        Frequenzbereich    um     dien        Resonanzfre-          quenz    herum beschränkt.

   Die akustischen     Eingangs-          widerstände    der     Wandbekleidung        derartiger        Reso-          nanzdämpfer        sind    im allgemeinen     relativ        niedrig        und          bewegen    sich in den     Grössenordnungen    des Wellen  widerstandes der Luft bzw. des     in.    der Leitung be  findlichen Gases.  



  Der     erfindungsgemässe        Schalldämpfer    geht     von.          einem        Relaxationsmechanismus    aus, um zu einer aus  reichenden     Schalldämpfung    zu     kommen.     



  Unter     Relaxation    versteht man allgemein eine  verzögerte Einstellung von Gleichgewichtszuständen.  Schliesst man z. B. an einen Gaskanal ein zusätzli  ches Volumen an, das von dem     Kanal        durch    einen  porösen Stoff o. dgl. von relativ hohem     Strö-          mungswiderstand:

      abgetrennt ist, so     wind.    sich eine       plötzliche    Druckänderung     im    Kanal in dem ange  schlossenen     Volumen,    erst nach einer     gewissen        Zeit          einstellen,

      da der zum Druckausgleich     erforderliche          Gasfluss    in das     Volumen    hinein oder aus dem Volu  men     heraus    durch den     Strömungswiderstand        behin          fiert        wind.    Erfolgt die     Druckänderung    im Kanal       periodisch,    wie das bei einer Schallwelle der Fall ist,  so wird     die    Druckphase im angeschlossenen Volu  men     in    der     Regel    der Druckphase im Kanal etwas  nachhinken,

   so     dass    zwischen Kanal und angeschlos  senem     Volumen    stets     eine        Druckdifferenz    besteht.  



  Bei einem     Relaxationsschalldämpfer    für einen       Gaskanal        sind        Hohlräume    an den Kanal angeschlos  sen, die gegen den Kanal durch Platten oder Folien       mit        bestimmtem        Strömungswiderstand        abgegrenzt     sind. Die     Hohlräume    selbst brauchen     keinerlei,          Schluckstoff    zu enthalten.

   Schluckstoff im     Hohlraum              wirkt    sich sogar insofern nachteilig aus, als er der       erwünschten        Konzentration    des     Strömungswiderstanr-          des    an der Oberfläche der     Kammer    entgegenwirkt.

    Die     Dimensionen    der     Kammern    müssen kleiner     sein     als die     Wellenlänge    des zu     dämpfenden        Schalles.    In  folge der     breitbandigen        Wirksamkeit    der     Relaxations-          dämpfung        können    jedoch alle     Kammern        gleiche    Di  mensionen haben.

   Zweck dieser     Kammertrennwünde     ist     lediglich    die     Unterbindung    einer     Schallausbrei-          tung    parallel zum Kanal in den     Kammern.    Eine     Ab-          stimmung        der        Kammergrössen    auf     bestimmte    Fre  quenzen ist     nicht        erforderlich.        Strömungswiderstand     R     der        Platten    oder     Folien        

  und    Federung  
EMI0002.0038     
    des     Luftvolumens    der     Kammern    sind mit der     unteren          Grenzfrequenz        f,    der Dämpfung verknüpft durch     die     Beziehung  
EMI0002.0045     
    Diese     Beziehung        bedingt    in der Regel     erheblich     höhere     Strömungswiderstände        als    die     der    Ausklei  dung bisher üblicher     Absorptionsdämpfer.     



       Erfindungsgemäss        weisen    die     mindestens.    eine  Kammer vom     Strömungskanal        trennenden    durchläs  sigen Wände     Strömungswiderstände    auf, die der For  mel  
EMI0002.0059     
    genügen, wobei     f"    die     untere        Dämpfurngsfrequenz        des          Schalldämpfers    bedeutet,

   und die Kammer ist     in     Richtung der     Strömungskanalachse    kleiner als     die     halbe     Schallwellenlänge    der höchsten     D'ämpfungs-          frequenz.     



       Es        kann        mindestens    cm     Hohlkörper    vorgesehen  sein, der durch     senkrecht    zur     Kanalachse        liegende,          luftdichte    Trennwände in mehrere Kammern unter  teilt ist, deren Abstand     wiederum    kleiner als     die    halbe       Schallwellenlänge    der höchsten     Dämpfun@gsfrequenz     sein muss.

   Dadurch     erreicht    man     eine        in,        der    Strö  mungsachse     liegende        Aneinanderreihung    von einzel  nen     Kammern    bei     geringem        Bauaufwand    oder     eine          bedeutende    Heraufsetzung der oberen     Dämpfungs-          frequenz.     



  Nach der bekannten     Theorie    der     Relaxations-          dämpfung        erreicht        die        Druckdifferenz        zwischen    Ka  nal und angeschlossenem Volumen und     damit    auch  der Wechselfluss durch den     Strömungswiderstand          hindurch    ein     Maximum,    wenn die     Zeitkonstante    z  des     angeschlossenen        Dämpfungsgliedes,    die hier  durch das     Produkt    R und F     gegeben    ist,

   gleich     der     reziproken     Kreisfrequenz    zu dämpfenden     Schalles    ist.  
EMI0002.0115     
    Bei sehr tiefen Frequenzen     (ü) 1/-r)        sind        die     Drücke im Kanal     und.    den     Kammern    praktisch in         Phase,        und    die     Dämpfung    ist     gering.    Bei hohen Fre  quenzen     (w 1/-c)    ist die Dämpfung ebenfalls     klein,

       da sich dann die Druckänderungen     im    Kanal im an  geschlossenen Volumen praktisch nicht mehr be  merkbar     machen.    Die Rechnung zeigt,     dass    die  Dämpfung pro Wellenlänge,     die    durch einen     Relaxa-          tionsrnechanismus    erzeugt     wird:

  ,    zunächst     linear        mit     der, Frequenz ansteigt,     dann    bei der Frequenz       (oiy    =     1/z)        ein        Maximum    erreicht und mit weiter  steigender Frequenz wieder     linear    abnimmt.  



  In der     Praxis    ist jedoch     nicht        die    Dämpfung pro       Wellenlänge,        sondern    die Dämpfung pro Längenein  heit eines Schalldämpfers interessant.

   Da die Wellen  länge mit     zunehmender    Frequenz linear     abnimmt,          folgt,    dass die     Dämpfung    eines     Relaxationsschall-          dämpfers,    bezogen auf     die    Längeneinheit, zunächst       mit    dem Quadrat der Frequenz     ansteigt        und        dann     einen     konstanten    Wert     erreicht,    der     unabhängig    von  der Frequenz bestehen bleibt,

   solange die Kanal  breite und die lineare Ausdehnung der angeschlos  senen Volumina     in.    Richtung der     Kanalachse        klein          gegen    die Wellenlänge sind.  



       Schalldämpfer    dieser Art haben den     Vorteil,        dass     sie leicht berechenbar sind und dass keine     Mindest-          forderungen    an     die        Grösse    bzw.

   Tiefe der angeschlos  senen Volumina     gestellt        werden    müssen.     Wesentlich     ist     nur    das Produkt RF, d. h., man     kann.    den glei  chen Effekt     mit        Volumina    geringerer Tiefe und da  mit     kleinerer        Federung    F durch Wahl     eines    entspre  chend     grösseren        Strömungswiderstandes    R     erzielen.     



       In.    der Zeichnung sind     Ausführungsbeispiele    nach  der     Erfindung    dargestellt.     Es    zeigen:       Fig.    1 einen Kanal mit einer     in        Teilkammern     unterteilten     Kammer.     



       Fig.    2     berechnete        Dämpfungskurven    für zwei     ver-          schiedene        Querschnittsverhältnisse    Q,       Fig.    3     einen        Kanal,        in    dem     mehrere,        unterteilte          Kammern        nebeneinander        angeordnet    sind, und       Fig.    4 ein Beispiel dafür,

       dass        die    angeschlossen  neu     Teilkammern    eine Leitung     umschliessen.     



  In     einem        Strömungskanal    1 ist eine     Erweiterung     2 vorgesehen,     in    der ein etwa die     Hälfte    des     Kanal-          querschnittes        ausfüllender,        angeschlossener        Hohlkör-          per.    3     angeordnet        ist.    In Richtung der Strömung,     also          etwa        senkrecht        zur        Kanallängsachse,

      ist der ange  schlossene     Hohlkörper    3 durch     luftdichte    Wände 5  in Kammern     unterteilt, deren     Abstand        in,    Richtung  der     Strömungskanalachse    bei der höchsten noch zu       dämpfenden        Frequenz    klein gegen die Wellenlänge       sein;

      muss,     zumindest    aber     kleiner        als    die halbe     Wel-          lenlänge    der     höchsten        Dämpfungsfrequenz.    Der     an-          geschlossene    Hohlkörper 3 ist gegen den     Kanal    1  durch poröse Platten 4 abgegrenzt.

   Der     Strömungs-          widerstand        errechnet    sich     im    vorliegenden Fall aus  der Formel  
EMI0002.0254     
         wobei        c,    die     Schallgeschwindigkeit    im     Kanal,    d die       senkrecht    zur     Kanalachse    gemessene Tiefe     der        anger              schlossenen    Hohlkörper und     cuo    das     2a-fache    der       tiefsten,

      noch zu dämpfenden     Frequenz        ist.    Man     .er-          hält    dann R als     Vielfaches    des.     Wellenwiderstandes     des Gases     (eco).    Für eine     Kammertiefe    von d =  4     cm    und     rio    = 1004 (160 Hz) ergibt sich z. B. ein       Strömungswiderstand    von     17eco,    ein Wert, der sehr       viel    höher liegt als der der bei bisher     üblichen   <B>Ab-</B>  sorptionsschalldämpfern, verwendeten Strömungs  widerstände.  



  Die Dämpfung pro Meter     eines    solchen Schall  dämpfers hängt dann lediglich noch von der     Grösse     des freien     Querschnittes    ab, d. h. vom     Verhältnis    des       Querschnittes        des        Kanals    1 zu dem     des        Hohlkörpers     3 (s.     Fig.    1).  



  In     Fig.    2     sind    zwei     Dämpfungskurven    für ver  schiedene     Querschnittsverhältnisse    Q, nämlich Q =  22 bzw. 30 %     dargestellt.    Es zeigt sich,     dass    in bei  den Fällen die Dämpfung über     einen:    grossen     Be-          reich    gleich gross ist.  



  Eine Anordnung mehrerer     angeschlossener    ent  sprechender     Hohlkörper    3' zeigt     Fig.    3, wo in     einer     entsprechenden     Quer-Erweiterung    2     des    Kanals 1  vier     angeschlossene    Hohlkörper 3' vorgesehen     sind:,     die im     einzelnen    so ausgebildet sind, wie dies bezüg  lich der     Ausführungsform    bei     Fig.    1 beschrieben       wurde.     



  Eine andere Baumöglichkeit zeigt     Fig.    4, wo der       eigentliche    Kanal 1 aus einem porösen Rohr 6 be  steht, welches z. B. aus gebranntem Ton oder Poren  beton hergestellt sein kann und den für den betref  fenden Zweck erforderlichen Strömungswiderstand  aufweist. Die angeschlossenen Hohlkörper ergeben  sich durch Unterteilung des Ringraumes 3" zwischen  dem Rohr 6 und einem konzentrisch angeordneten  dichten Rohr 7. Das Rohr 7 kann     ggf.    auch     quadra-          tischen        oder        rechteckigen        Querschnitt    haben.

   Die auf  diese Art     angeschlossenen    Hohlkörper sind durch     ring-          förnllge,        luftdichte        Trennwände    8 begrenzt.     Derartige     Rohre können mit     Vorteil    zur     Dämpfung    der     Schall-          ausbreitung    entlang von     Abgaskaminen    Verwendung  finden, wodurch man z.

   B. die Schalldämmung zwi  schen     übereinanderliegenden    Badezimmern von         Wohnhäusern        ganz    beträchtlich verbessern     kann.        Na-          türlich    können     derartige    Rohre     in    gleicher oder     ähn-          licher        Anordnung        auch    noch für eine Anzahl     anderer     Zwecke verwendet werden, so z. B. auch als     Aus-          puffschulldämpfer    für Kolbenmotoren.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Schalldämpfer mit wenigstens einer mit einem Strömungskanal verbundenen Kammer, dadurch ge- kennzeichnet, dass die diese Kammer vom Strö- mungskanal (1) trennenden durchlässigen Wände (4;

   6) Strömungswiderstände aufweisen, die der For mel EMI0003.0093 genügen, wobei R den Strömungswiderstand, F die Federung des Luftvolumens in der Kammer und fo die untere Dämpfungsfrequenz des Schalldämpfers bedeuten, und dass die Kammer in Richtung der Strömungskanalachse kleiner als die halbe Wellen- länge der höchsten Dämpfungsfrequenz ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Schalldämpfer nach Patentanspruch; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlkörper in: einen erweiterten Kanalteil (2) eingesetzt ist, wobei die Hohlkörper Wandungen (4) den.

   jeweils ge brauchten Strömungswiderstand aufweisen und das Innere des Hohlkörpers durch luftdichte Wände (5) in Kammern unterteilt ist, und dass die Kammern in Richtung der Kanalachse kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten Dämpfungsfrequenz sind.

   2. Schalldämpfer nach Patentanspruch, gekennr- zeichnet durch einen ringförmigen Hohlraum, der um den Kanal (1) herumgelegt ist, wobei der ringför mige Hohlraum zwischen der durchlässigen Kanal wandung (6) und dem Ringmantel (7) durch luft dichte Trennwände (8) in Kammern unterteilt ist,

   und dass die Kammern in Richtung der Kanalachse kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten Dämpfungsfrequenz sind.