DE977514C - Schallabsorptionsfilter fuer Gasleitungen, insbesondere Lueftungsleitungen - Google Patents

Description

In Lüftungs- Ansaug-, Auspuff- und anderen Gas führenden Leitungen kann bekanntlich das durch diese laufende Geräusch während seiner Ausbreitung dadurch verringert werden, daß man diesen Leitungen eine schallschluckende Wandgestaltung gibt. Meist werden hierzu Schichten aus porigen Stoffen von wenigen Zentimeter Dicke vor einem starren Mantel verwendet.

Die Schallabsorption gelingt allgemein um so besser, je größer der Umfang des Leistungsprofils im Verhältnis zu seiner Fläche ist. Daher sind schmale, rechteckige Querschnitte am günstigsten.

Für diesen Spezialfall liegt eine von mehreren Autoren entwickelte Theorie vor, die, wenn der akustische Wandwiderstand, d. h. das Verhältnis des Schalldruckes an der Oberfläche zu der in die Wand eindringenden Schnelle (Teilchengeschwindigkeit), als bekannte Größe betrachtet werden kann, für alle Frequenzen und Widerstände gilt. Diese Voraussetzung ist um so mehr erfüllt, je mehr zur Wandoberfläche parallele Bewegungen in der schluckenden Schicht verhindert werden. Bei Schichten mit hohen Strömungswiderständen ist dies von vornherein erfüllt. Bei Schichten mit geringen Strömungswiderständen, wie sie im folgen- as den interessieren werden, ist eine Unterteilung durch Querwände erforderlich. Eine solche Unterteilung ist bekannt und für die Erhöhung der Schallschluckung bei streifendem Einfall sehr günstig (s. Akustische Zeitschrift, Bd. V, S. 71 ff. [1940]).

Neue theoretische Untersuchungen des Erfinders, die eine Weiterführung der Arbeit von P. M. Morse

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(Journ. Acoust. Soc. Amer. Bd. II, S. 205 ff. [1939]) darstellen, haben dazu geführt, daß die höchstmögliche Längsdämpfung in der Leitung dann erreicht wird, wenn der akustische Wandwiderstand W (in g Cm^-2SeC"¹) für die jeweils zu dämpfende Frequenz / (in Hz) des vor der Leitung erzeugten Schalles so beeinflußt wird, daß er den Wert:

W = ofb (0,91 —i 0,76) (1)

annimmt. Hierin bedeutet ρ die Dichte des durch die Leitung strömenden Gases (in g cm~³) und b bei zweiseitiger gleicher Auskleidung die Breite der Leitung, bei einseitiger Auskleidung die doppelte Breite (in cm) und i die Wurzel aus — 1. Der optimale Wandwiderstand besteht also aus einem Wirkwiderstand (Realteil) und einem Blindwiderstand (Imaginärteil) von Federungscharakter, der um so kleiner ist, je niedriger die Frequenz ist.

Die in Formel (1) aufgestellte Bedingung läßt sich z. B. bei Verwendung homogener Schichten aus porösen Schluckstoffen mit Querwänden nahezu erfüllen, etwas unterhalb derjenigen Frequenzen, für welche die Polstertiefe das ungerade Vielfache einer Viertelwellenlänge für die Schallausbreitung in der schluckenden Schicht beträgt.

Die Abb. 1, 2 und 7 zeigen im Laboratorium gewonnene Meßergebnisse. Das Meßobjekt, eine Leitung mit einseitiger schluckender Wandgestaltung, ist stets im Längsschnitt schematisch darüber gezeichnet. Die Abszisse im daruntergezeichneten Diagramm gibt die Frequenzen des vor der Leitung erzeugten Schalles an, die Ordinate den aus der Messung des Schalldruckes an verschiedenen Stellen längs der Leitung bestimmten Abfall der Schallenergie in db/m.

Die Packungstiefe betrug im Falle der Abb. 1 17 cm, die Füllung bestand aus lockerer Aluminiumwolle von einer Packungsdichte von 50 kg/m³. Die Versuche wurden mit Luft von Zimmertemperatür gemacht. Da hierbei die Schallgeschwindigkeit c etwa 340 m/sec betrug, sind die obenerwähnten Bedingungen bei 500 Hz, 1500 Hz, 2500 Hz usw. zu erwarten. Etwas unterhab dieser Frequenz erreicht der Frequenzgang des Dämpfungsmaßes Gipfelwerte. Die erreichte Höchstdämpfung betrug bei der hier vorhandenen Leitungsbreite von 10 cm (gerechnet für zweiseitige Wandauskleidung) 200 db/m. Allgemein kann man also Dämpfungsmaße von 20 db je cm Leitungsbreite b erzielen.

Dies gelingt aber nur, wenn man durch geeignete Wahl des längenspezifischen Strömungswiderstandes des Schluckstoffes, das ist das Verhältnis von Druckgefälle zur Schnelle im Schluckstoff bei Luftgleichströmung durch diesen den Realteil des Wandwiderstandes dem in Formel (1) geforderten Wert genügend nahebringt. (Unter Luftgleichströmung wird ein Luftstrom von gleichbleibender Luftgeschwindigkeit verstanden.) Da der Widerstand von der Leitungsbreite b und von der Frequenz und von dieser wieder die Packungstiefe L abhängt, wird der optimale spezifische Strömungswiderstand eine Funktion von b und L. Für alle Fälle, in denen die Leitungsbreite kleiner ist als die Polstertiefe L₁ ergibt sich der optimale längenspezifische Strömungswiderstand.

E_opt (in g Cm^-3SeC""¹) aus der Näherungsformel Ξ_opt = 0,4 ρ cblU- (2)

(ρ c stellt das Produkt aus Dichte und Schalige- 7η schwindigkeit des betreffenden Gases dar, bedeutet also einen Schallkennwider stand (in g cm^sec""¹). Die Leitungsbreite b und die Polstertiefe L sind in cm einzusetzen.) Man sieht aus dieser Formel, daß der längenspezifische Strömungswiderstand um so kleiner ist, je größer die Polstertiefe ist, und ferner, daß der Strömungswiderstand auch um so kleiner zu wählen ist, je kleiner die Leitungsbreite ist. Man wird hierbei meist auf Packungsdichten geführt, die viel geringer sind, als sie die im Handel bisher vertriebenen Schluckstoffe aufweisen. Die zu den Versuchen benutzte Aluminium- bzw. Glaswolle mußte erst noch von Hand lockerer gemacht werden.

Man braucht die Querwände nicht so dicht wie im Beispiel der Abb. 1 einzusetzen. Mit doppelt so großen Abständen waren immerhin noch Gipfelwerte von 170 db/m zu erzielen. Dabei war als Schluckstoff Glaswolle von der Packungsdichte 16 kg/m³ verwendet.

Es genügt, die erfmdungsgemäße Ausbildung der Leitungswände nur über eine Leitungslänge von etwa ι m vorzunehmen, um das Störgeräusch völlig zu absorbieren. Die erforderliche Länge der Auskleidung der Leitungswände hängt im allgemeinen von der Leitungsbreite b ab, die sich z. B. bei einer Lüftungsleitung aus der vom Lüftungstechniker festgelegten maximal zulässigen Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung (erforderlicher freier Querschnitt) und aus dem jeweils zur Verfügung stehenden Platz für den Schalldämpfer ergibt. Je kleiner man die Leitungsbreite b bestimmen kann, um so kürzer braucht die Länge der schluckenden Wandgestaltung zu sein. Gilt obige Angabe der Länge von 1 m für eine Leitungsbreite b von 10 cm, so muß eine 20 cm breite Leitung 2 m lang schlukkend gestaltet werden, wenn man die gleiche Wirkung erzielen will.

In Fällen, in denen es nur auf die Dämpfung bestimmter Frequenzen ankommt, ist die neue Anordnung von außerordentlicher Wirksamkeit.

Liegt dagegen die Aufgabe vor, ein breitbandiges Frequenzgemisch zu absorbieren, so kann man diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch lösen, daß man nebeneinander verschiedene Polstertiefen verwendet. Schon die Aufteilung in zwei verschiedene Arten, wie sie in Abb. 2 behandelt ist, ergibt, wie die ausgezogene Kurve zeigt, gegenüber nur einer Art entsprechend der Abb. 1 einen ausgeglichenen Frequenzgang. Der Schluckstoff bestand in diesem Falle aus Aluminiumwolle von der Packungsdichte 100 kg/m³. Gemäß der Formel 2 wäre es günstiger gewesen, für die tieferen Kammern eine losere Packung zu verwenden.

Wie wichtig jedenfalls die richtige Anpassung des Strömungswiderstandes ist, zeigt die getrichelte

Kurve in Abb. 2, die sich auf eine Packungsdichte von 200 kg/m³ bezieht und die fast überall zu wesentlich geringeren Dämpfungsmaßen führt.

Die Abb. 3 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Leitungen mit einer Wandgestaltung gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

Eine noch gleichmäßigere Verteilung der Wirkung auf alle Frequenzen als bei der Wandgestaltung nach Abb. 1 ist zu erwarten, wenn man die Kammertiefen schrittweise ändert (Panflöten-Anordnung), wie es in Abb. 3 gezeigt wird. Die stufenförmige Abschlußwand kann ohne Beeinträchtigung der Wirkungsweise auch durch eine ebene, gegen die Leitung geneigte Fläche ersetzt werden. Konstruktiv ergibt sich eine solche Anordnung auch, wenn man die Leitung schräg durch einen mit Schluckstoff gefüllten und durch Querwände unterteilten Kasten führt, wie ihn Abb. 4 zeigt. Dieses Beispiel zeigt zugleich, daß es unter Umständen günstig sein kann, die Querwände mit der Leitungswand spitze Winkel bilden zu lassen.

Eine Anordnung, wie sie in Abb. 5 gezeigt ist, bei welcher die Schräglage der Querwände periodisch wechselt, führt zu einem Wechsel zwischen zwei verschiedenen Kammern, in denen die gegen die äußere Wand sich erweiternde tiefer abgestimmt ist als die gegen die Leitung sich erweiternde. Eine Weiterführung dieses Gedankens führt zu der Anordnung der Abb. 6, in welcher Kammern geringer Tiefe mit solchen abwechseln, die aus einem schmalen Zugang und einem breiteren Raum dahinter bestehen. Die ersten erfassen insbesondere hohe, die letzte tiefe Frequenzen. Auch bei dieser Anordnung ist durch konstruktive Maßnahmen, z. B. Abschrägungen, ein allmählicher Übergang von einer zur nächsten Kammer möglich.

Der oben angeführten Regel, daß die tiefer abgestimmten Kammern mit geringerem spezifischem Strömungswiderstand zu kombinieren sind, ist in den Abb. 3 bis 6 durch die verschiedene Punktierungsdichte Rechnung getragen.

Abb. 7 zeigt noch ein Meßbeispiel, bei dessen zugehöriger Anordnung sowohl Kammern nach Abb. 6 als auch Kammern konstanter Breite und verschiedener Tiefe verwendet sind. Das Dämpfungsmaß dieser Konstruktion beträgt zwischen 200 bis Hz bei b— 10 cm, im Mittel etwa 60 db/m, und sinkt nirgends unter 45 db/m.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schallabsorptionsfilter für Gasleitungen, insbesondere Lüftungsleitungen mit rechteckigem Querschnitt, und schallschluckender Wandgestaltung einer oder mehrerer Wände, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Wandwiderstand so gewählt wird, daß er möglichst den Wert

W = ρ bf (0,91 — i 0,76)

annimmt. (Hierbei bedeutet W den akustischen Wandwiderstand, ρ die Dichte des Gases in der Leitung, / die jeweils zu dämpfende Frequenz des vor der Leitung erzeugten Schalles und b bei zweiseitiger schluckender Gestaltung den Abstand dereinander gegenüberliegenden schallschluckenden Wände, bei einseitiger schluckender Gestaltung den doppelten Abstand und i die Wurzel aus ·—· 1.)

2. Schallabsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der anzustrebende Wandwiderstand durch eine homogene Packung aus lockerem Schluckstoff mit seitlicher Unterteilung durch Querwände hergestellt wird, deren Abstand kleiner als die Packungstiefe ist.

3. Schallabsorptionsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Querwänden gebildeten Kammern verschiedene Tiefe haben.

4. Schallabsorptionsfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand des Schluckstoffes um so niedriger gewählt wird, je tiefer die Kammer ist.

5. Schallabsorptionsfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einige oder alle Querwände schräg geführt sind.

6. Schallabsorptionsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einige oder alle Querwände winklig geführt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

©509 629/221 1.56 (609 714/1 10.66)