Neben Mineralfasern, die für die Absorption von Schallwellen bisher überwiegend eingesetzt worden sind, ist in DE 199 49 271 A1 auf Möglichkeiten für den Einsatz von metallischen Hohlraumstrukturen unter Verwendung von metallischen Hohlkugeln hingewiesen worden.

Für eine breitbandigere Absorptionswirkung bei Schalldämpfern mit solchen Strukturen wird darin dar- auf hingewiesen, dass bei einer solchen Struktur un- terschiedlich dimensionierte Hohlräume geschichtet sein können. So sollen größere Hohlräume dichter an einem Abgasstrom, als Träger der Schallwellen ange- ordnet sein, als kleinere Hohlräume. Alternativ wird aber auch darauf hingewiesen, dass innerhalb der Hohlraumstruktur auch unterschiedlich dimensionierte Hohlräume homogen durchmischt vorhanden sein können.

Es hat sich aber gezeigt, dass in dieser Form die Breitbandwirkung dieser Schalldämpfer zwar erhöht werden kann, diese Erhöhung jedoch Grenzen hat. So dass eine Reduzierung des Schallpegels in einem immer noch begrenzten Maß und eingeschränkten Frequenzband erreicht werden kann.

Des Weiteren können solche Strukturen nur mit hohem Aufwand und Kosten hergestellt werden. Außerdem sind gestalterisch Grenzen gesetzt, so dass viele Baufor- men nicht oder nur sehr schwer realisiert werden kön- nen. Ein modularer Aufbau solcher Schalldämpfer, zur Anpassung an unterschiedliche Bedingungen (Erreger- frequenzspektren) ist nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zur Absorption von Schallwellen vorzuschlagen, bei dem eine hohe maximale Absorption bei einzelnen Fre- quenzen mit hohen Amplituden, bei gleichzeitiger Ab- sorption von Schallwellen in einem verbreiterten Fre- quenzspektrum auf einfache Weise erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Schall- absorber, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil-

dungen der Erfindung können mit den in den unterge- ordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

Der erfindungsgemäße Schallabsorber wird in wesent- lichen Teilen aus Hohlkugeln gebildet, deren eigent- liche Schalen aus einem anorganischen Werkstoff, wie einem Metall, einer Metalllegierung oder auch einer Keramik gebildet sind. Es sind Bereiche vorhanden, in denen solche Hohlkugeln stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Verbindungen können mittels eines Haftvermittlers, durch Löten oder versintern ausge- bildet worden sein. Die stoffschlüssigen Verbindungen können bevorzugt punktuell zwischen benachbarten Hohlkugeln ausgebildet sein, so dass dann zwischen benachbarten Hohlkugeln Freiräume verbleiben.

Allein oder zusätzlich können aber auch Hohlkugeln als lose Schüttung an einem erfindungsgemäßen Schall- absorber vorhanden sein.

Ein solcher Schallabsorber zeichnet sich dadurch aus, dass bezüglich der erreichbaren Schallabsorption un- terschiedliche Bereiche lateral nach einander in Be- zug zur Strömungsrichtung eines Fluides angeordnet sind. Solche Bereiche können aber auch nebeneinander angeordnet sein, wobei dann die Schallwellen auf die Oberflächen von diesen unterschiedlich ausgebildeten Bereichen einfallen können. Es sind dabei Einfalls- winkel zwischen nahe 0 und 90 ° möglich, wobei dann Schallwellen auf die Oberflächen zumindest mehrerer Bereiche gleichzeitig auftreffen sollten. Letzteres trifft insbesondere für ruhende Umgebungsmedien zu.

Diese Bereiche können sich durch voneinander abwei- chende Schallgeschwindigkeiten, Dicken und/oder cha-

rakteristischen Impedanz unterscheiden.

Die jeweilige Breite dieser Bereiche sollte kleiner, als die jeweils kleinste Schallwellenlänge, bevorzugt kleiner als A/4 sein.

Vorteilhaft ist es dabei aus Hohlkugeln gebildete Be- reiche vorzusehen, die bei bevorzugt gleichen oder aber auch unterschiedlichen Hohlkugeln (Durchmesser, Schalendicke, Porosität, Werkstoff) unterschiedliche Dicken in Ausbreitungsrichtung von Schallwellen in- nerhalb des Schallabsorbers aufweisen. Dies kann eine regel-, bevorzugt aber unregelmäßig wechselnde Anord- nung solcher Bereiche sein.

So kann beispielsweise eine Oberfläche des Schallab- sorbers infolge der unterschiedlichen Dicken von Be- reichen ausgebildete Oberflächenkonturierung aufwei- sen. Eine solche Oberfläche kann wellenförmig, säge- zahnförmig, mäanderförmig gestaltet sein. Dabei kön- nen bevorzugt unregelmäßige Erhebungen und entspre- chende Vertiefungen, mit unterschiedlichen Höhen und Tiefen an einer solchen Oberflächenkonturierung vor- handen sein.

Die einer konturierten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche eines Schallabsorbers kann ebenfalls kon- turiert, aber auch als ebene Fläche ausgebildet sein.

Dabei soll unter ebener Fläche auch eine solche Ober- fläche verstanden sein, deren Oberflächenbe- schaffenheit, die jeweiligen Hohlkugeln berücksich- tigt, also ein gewisses Maß an Rauheit zulässig ist.

Werden zwei sich gegenüberliegend angeordnete Ober- flächen mit einer Oberflächenkonturierung, wie sie oben näher erläutert worden ist, an einem Schallab-

sorber vorgesehen, kann er an diesen beiden Oberflä- chen vom jeweiligen Fluid angeströmt oder ein Fluid an diesen entlang strömen bzw. auf diese Oberflächen Schallwellen auf den Schallabsorber einfallen. In diesem Fall kann eine zweiseitige Schallabsorptions- wirkung erreicht werden.

Mit einer solchen Oberflächenkontur kann auch er- reicht werden, dass die Schallwellen mit unter- schiedlichen Einfallswinkeln auf die jeweiligen Ober- flächen auftreffen.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Oberfläche so auszubilden, dass Bereiche jeweils in einem glei- chen oder von einander abweichenden Winkel schräg ge- neigt in Bezug zur Strömungsrichtung eines Fluides, dem Einfallswinkel von Schallwellen oder in Bezug zu einer Ebene ausgerichtet sind. So kann der Schall di- rekter mit einem größeren Einfallswinkel auch auf ei- ne größere Fläche auftreffen und gleichzeitig können sich so lokal unterschiedliche Dicken in lateraler Richtung eines Schallabsorbers in einem solchen Be- reich ausbilden lassen.

Neben den Neigungswinkeln solcher geneigten Flächen- bereiche kann auch ihre jeweilige Fläche variiert sein, in dem solche Bereiche unterschiedlich breit sind.

Die Bereiche eines Schallabsorbers können lateral nacheinander auch aus unterschiedlichen Hohlkugeln gebildet sein. Dies betrifft die Außendurchmesser, Schalendicken, Porosität, Werkstoffe und/oder die je- weilige stoffschlüssige Verbindung.

Dieser Sachverhalt kann auch auf die jeweiligen ein-

zelnen Bereiche zu treffen, so dass in einem Bereich schichtweise auch unterschiedliche Komposite von Hohlkugeln vorhanden sein können. In diesem Fall kann auch ein Schichtbereich aus einer losen Schüttung von Hohlkugeln gebildet sein. Die miteinander nicht ver- bundenen Hohlkugeln sollten dann zumindest von einer Seite mittels eines Schichtbereiches, der aus stoff- schlüssig miteinander verbundenen Hohlkugeln gebildet ist, zur Stabilisierung überdeckt sein.

Ein Schallabsorber kann aber auch aus mehreren bzgl. ihrer Schallabsorptionswirkung unterschiedlichen nacheinander angeordneten einzelnen Elementen gebil- det sein, die miteinander verbunden sein können aber nicht müssen.

In diesem Fall können vorteilhaft ring-, kegel- stumpfförmige und/oder mit einem Innenkonus versehene Elemente eingesetzt werden, die vom jeweiligen Gas innen in Längsrichtung des Schallabsorbers durch- strömt werden können. Solche innen hohle Elemente können aber auch eine innere konvex oder konkav ge- wölbte Oberfläche aufweisen, an der das jeweilige Gas vorbeiströmen kann.

Solche Elemente können unterschiedliche Wandstärken, Kegel-oder Konuswinkel, unterschiedliche Breiten aufweisen. Sie können aber auch verschiedene Breiten aufweisen.

Mit solchen einzelnen Elementen können Schallabsorber modular zusammengesetzt und für unterschiedliche Ap- plikationen angepasst werden.

So besteht z. B. die Möglichkeit kreisringförmige Ele- mente mit vorgegebenen Innen-und Außendurchmessern

und jeweils unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten und charakteristischen Impedanzen miteinander zu kom- binieren, in dem für die Ausbildung eines Bereiches eines Schallabsorbers mindestens zwei solcher Ringe ineinander gesteckt werden, so dass einer einen In- nenring und der andere einen Außenring bildet. Die Ringe weisen eine unterschiedliche Hohlkugelstruktur auf, bilden so eine Grenzfläche mit beidseitig unter- schiedlichen Schallgeschwindigkeiten.

Durch eine Aneinanderreihung solcher unterschiedlich zusammengesetzten Bereichen aus verschiedenen ein- zelnen Elementen kann ein auf ein bestimmtes Fre- quenzspektrum abgestimmter Schallabsorber modulartig zur Verfügung gestellt werden, was für Einzelfallan- wendungen oder auch Kleinserien bzw. eine Nachrüstung sicher vorteilhaft ist.

Es besteht aber auch die Möglichkeit einzelne Ele- mente in einem Abstand zueinander anzuordnen, so dass Hohlräume vorhanden sind, die quasi"Lücken"bilden, die wiederum so dimensioniert werden können, dass Schallwellen mit geeigneten Wellenlängen auch teil- weise in eine solche"Lücke"eintreten können und erst im"Lückenbereich"auf eine wirksam Oberfläche des Schallabsorbers auftreffen.

An einem Schallabsorber oder auch mehreren Bereichen eines Schallabsorbers können auch Durchbrechungen ausgebildet sein, durch die Schallwellen hindurch treten und ggf. dort auf ein entsprechend angeordne- tes reflektierendes Element auftreffen können.

In analoger Form kann aber auch ein reflektierendes Element ausgebildet sein und an diesem"Lücken"oder Durchbrechungen diskret zu einander angeordnet sein.

Die Dimensionierung, Formgebung und Anordnung solcher Hohlräume ("Lücken") oder Durchbrechungen kann unter Berücksichtigung ausgewählter Schallwellenlängen op- timiert werden.

Eine solche Optimierung ist aber auch für den Schall- absorber in Gänze möglich, so dass eine maximale zu- mindest erhöhte Schallabsorption für mehrere bestimm- te Schallwellenlängen erreichbar wird, die besonders kritisch im jeweiligen Frequenzspektrum der Gasströ- mung sind.

Hierfür lassen sich gezielt entsprechende Interfe- renzen ausnutzen. So dass sich für ausgewählte Wel- lenlängen unter Berücksichtigung der jeweiligen Schallgeschwindigkeit in einem Bereich des Schallab- sorbers oder einem Spalt zwischen Schallabsorber und einem im Abstand zu diesem angeordneten reflektie- renden Element, der Weg der Schallwellen durch einen solchen Bereich, einen Schichtbereich eines solchen Bereiches oder der Spalt zwischen Schallabsorber und reflektierendem Element auf ein ganzzahliges Vielfa- ches von A/4 solcher ausgewählter Schallwellenlängen berücksichtigt.

An einem erfindungsgemäßen Schallabsorber kann aber auch, wie bereits angedeutet mindestens ein Schall reflektierendes Element vorhanden sein.

Ein solches Element kann in den Schallabsorber in- tegriert sein, so dass es von Hohlkugeln zweiseitig umschlossen ist. In diesem Fall kann ein reflektie- rendes Element eine ebene Flächen aufweisen und die Hohlkugeln bereichsweise in unterschiedlicher Dicke geschichtet sein.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein in anderer Form gestaltetes reflektierendes Element in dieser Form einzusetzen. So kann ein abgestuftes, gewelltes, sägezahnförmiges oder mäanderförmiges Element einge- setzt werden, so dass sich lokal unterschiedliche Di- cken/Abstände von Hohlkugeln bis hin zu äußeren Ober- flächen, die in Kontakt mit der jeweiligen Gasströ- mung stehen ergeben.

Ein reflektierendes Element kann aber auch in einem Abstand zum eigentlichen Schallabsorber an einer Sei- te angeordnet sein, die bevorzugt nicht mit der Gas- strömung in Kontakt steht. In diesem Fall kann zwi- schen Schallabsorber und reflektierendem Element ein Spalt ausgebildet sein. Der jeweilige Spaltabstand muss nicht konstant sein, vielmehr ist es häufig günstig einen sich ändernden Spaltabstand zwischen reflektierendem Element und Schallabsorber vorzuse- hen. Dies kann durch entsprechende Form eines reflek- tierenden Elementes und/oder der dem reflektierenden Element gegenüber liegenden Oberfläche des Schallab- sorbers erreicht werden, wobei die bereits anderwei- tig erwähnten Formen auch hier geeignet sind.

Reflektierende Elemente können aber auch mehrere dis- kret zueinander angeordnete einzelne Teile sein.

Eine Reflexionswirkung kann aber auch mittels Grenz- flächen innerhalb eines Schallabsorbers erreicht wer- den. Solche Grenzflächen trennen Schichtbereiche des Schallabsorbers mit höherer von Schichtbereichen mit deutlich niedrigerer Schallgeschwindigkeit. Dabei können solche Grenzflächen differenzierte Abstände zu äußeren Oberflächen des Schallabsorbers, insbesondere zu Oberflächen, die mit dem Fluid in Kontakt stehen

in lateraler Richtung, aufweisen.

Auch bei gezielt hervorgerufenen Reflexionen von Schallwellen, mit Mitteln, wie vorab erläutert, kön- nen Interferenzen vorteilhaft genutzt werden.

An einem erfindungsgemäßen Schallabsorber kann/können aber auch ein oder mehrere Bereich (e) mechanisch nachverdichtet worden sein. Hierfür kann entsprechend lokal begrenzt eine Druckkraft ausgeübt und ein Ver- pressen von Hohlkugeln erreicht werden.

Allein dazu oder zusätzlich können Oberflächen von Bereichen auch spanend bearbeitet werden, wodurch O- berflächenkonturen gezielt ausgebildet und/oder Scha- len von Hohlkugeln teilweise entfernt werden.

Bei den erfindungsgemäßen Schallabsorbern können ver- schiedene Schallgeschwindigkeiten und charakte- ristische Impedanzen durch die jeweiligen Hohlkugel- strukturen in Bereichen gezielt eingestellt werden.

So kann neben den bereits erwähnten Variationsmög- lichkeiten auch die vollständig spährische Kugelform zumindest innerhalb von Bereichen eines Schallabsor- bers durch eine abgerundete zylindrische oder ellip- tische Form ersetzt werden. Einen weiteren Parameter stellt die spezifische Oberfläche innerhalb von Be- reichen dar, die neben der Hohlraumvolumina, der Wandstärke der Schalen, der Porosität auch die Aus- bildung der Oberfläche der Kugeln in mehr oder weni- ger aufgerauhter Form einen Rolle spielen kann.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigen : Figur 1 ein Beispiel eines Schallabsorbers ; Figur 2 ein Beispiel mit einem integrierten re- flektierenden Element ; Figur 3a ein Beispiel mit unterschiedlich ausgebil- deten Bereichen ; Figur 3b ein Bespiel mit unterschiedlich ausgebil- deten Bereichen mit anderer Ausrichtung und Figur 4 ein Beispiel mit einer konturierten Ober- fläche.

Für die nachfolgende Erläuterung der Figuren soll vorangestellt werden, dass diese stark schematisiert dargestellt worden sind.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel wurden an einem Schallabsorber eine Mehrzahl von Bereichen 1.1 bis 1. N eingesetzt und in Strömungsrichtung des Gases nacheinander angeordnet.

Er hat hier eine ebene relativ glatte Oberfläche, auf die Schallwellen in einem schräg geneigten Winkel auftreffen.

Die einzelnen Bereiche 1.1 bis 1. N sind in der Dar- stellung jeweils in einem Teil weiß und im anderen Teil schwarz gezeichnet. Die beiden unterschiedlich farbigen Teile bilden jeweils Schichtbereiche eines der Bereiche 1.1 bis 1. N, mit jeweils unterschiedli- cher Schallgeschwindigkeit und charakteristische Im- pedanz. Die Dicken der Schichtbereiche sind in den

Bereichen 1.1 bis 1. N unterschiedlich. So dass in je- dem Bereich 1.1 bis 1. N der Weg den Schallwellen durch die weiß dargestellten Schichtbereiche zurück- legt, bis er auf die Grenzfläche zum jeweiligen schwarz gezeichneten Schichtbereich auftrifft, un- terschiedlich groß ist.

Sind die"schwarzen"Schichtbereiche so konfiguriert, dass die charakteristische Impedanz gegenüber den "weißen"Schichtbereichen größer ist, wirkt die Grenzfläche schallreflektierend.

Die schwarz dargestellten Schichtbereiche können aber auch kompakt, also nicht aus Hohlkugeln ausgebildet sein, so dass sie auch ein reflektierendes Element darstellen können.

Die Breiten der einzelnen Bereiche 1.1 bis 1. N in Strömungsrichtung gesehen kann ebenfalls unter- schiedlich groß sein, was der Darstellung von Figur 1 nicht ohne weiteres entnommen werden kann.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel eines Schall- absorbers, ist in diesen ein reflektierendes Element 2 integriert worden.

Ein Fluid kann an zwei sich gegenüberliegenden Ober- flächen entlang strömen und Schallwellen wieder auf die Oberflächen, wie mit den Pfeilen angedeutet, in schräg geneigtem Winkel einfallen.

Das reflektierende Element 2 ist hier so geformt, dass sich in den verschiedenen Bereichen 1.1 bis 1. N jeweils unterschiedliche Abstände zwischen den äuße- ren Oberflächen, auf die die Schallwellen unmittelbar auftreffen und dem reflektierenden Element 2 ergeben.

Dementsprechend legt der Schall einen unterschiedli- chen langen Weg innerhalb der Bereiche 1.1 bis 1. N zurück, bis er reflektiert wird, so dass bei ange- nommen konstanter Schallgeschwindigkeit in allen Be- reichen 1.1 bis 1. N auch eine unterschiedlich große Zeit mit der Schallwellen durch einen gesamten Schichtbereich gelangen oder rückreflektierte Schall- wellen wieder die Oberfläche erreichen zu verzeichnen ist.

In den Figuren 3a und 3b sind Beispiele mit Bereichen 1.1 bis 1. N dargestellt, die jeweils auch mehr als zwei Schichtbereiche aufweisen. Dabei ist die Anzahl, die Anordnung sowie die Dicke der Schichtbereiche in den Bereichen 1.1 bis 1. N jeweils unterschiedlich.

So weisen die Bereiche 1.1 bis 1. N Schichtbereiche mit unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten auf.

Diese Schichtbereiche können aus sich voneinander un- terscheidenden Hohlkugeln oder Hohlkugelkompositen gebildet sein. So können die Größe und Anordnung der eigentlichen Hohlräume in den Schichtbereichen un- terschiedlich groß sein. Die Hohlkugeln in Bereichen 1.1 bis 1. N miteinander stoffschlüssig verbunden oder in Schichtbereichen Hohlkugeln als lose Schüttung vorhanden sein.

Bei den in den Figuren 3a und 3b gezeigten Beispielen ist die Anordnung der Bereiche 1.1 bis 1. N mit den jeweiligen Schichtbereichen gleich gewählt worden.

Lediglich die Ausrichtung der Bereiche 1.1 bis 1. N in einem schräg geneigten Winkel gegen die Ein- fallsrichtung von Schallwellen stellt einen Unter- schied dar, der zu einer Verlängerung des möglichen Weges für Schallwellen durch einen solchen Bereich

bis zu gegenüberliegenden Oberfläche führt. Außerdem können bei für eine Schallwellenreflexion geeigneten Grenzflächen an jeweils benachbarten Bereichen 1.1 bis 1. N können solche Reflexionen für eine erhöhte Absorption ausgenutzt werden.

Das in Figur 4 gezeigte Beispiel verwendet Bereiche 1.1 bis 1. N, die auf einem flächigen ebenen Träger angeordnet sind, der ein reflektierendes Element 2 darstellt. Die aus Hohlkugeln gebildeten Bereiche 1.1 bis 1. N weisen jeweils unterschiedliche Dicken auf, so dass eine konturierte Oberfläche vorhanden ist, auf die die Schallwellen auftreffen. Die Schallwellen müssen dann wieder in den Bereichen 1.1 bis 1. N un- terschiedlich lange Wege zurücklegen, bis sie die re- flektierende Oberfläche des reflektierenden Elementes 2 erreichen.

Wie hier gezeigt können reflektierendes Element 2 und die Bereiche 1.1 bis 1. N unmittelbar miteinander ver- bunden sein bzw. in berührendem Kontakt stehen.

In nicht dargestellter Form kann aber auch zwischen reflektierendem Element 2 und der entsprechenden O- berfläche der Bereiche 1.1 bis 1. N ein Spalt vor- handen sein, der einen konstanten Abstand darstellt.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, wie im allge- meinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen, das reflektierende Element 2 oder die diesem zuge- wandten Oberflächen der Bereiche 1.1 bis 1. N, so aus- gebildet, dass die Abstände lokal differenziert sind.

In Figur 4 ist weiter eine Möglichkeit für eine vor- teilhafte Gestaltung von Schallabsorbern bei den Be- reichen 1.6 und 1.8 angedeutet.

Dort sind die Oberflächen auf die Schallwellen auf- treffen in einem schräg geneigten Winkel ausgerich- tet. Dadurch sind die Fläche auf die Schallwellen auftreffen und der Einfallswinkel vergrößert. Durch einen vergrößerten Einfallswinkel verändert sich ins- besondere die Brechung und Reflexion der dort einfal- lenden Schallwellen.

Solche schräg geneigten Oberflächen können an allen Bereichen 1.1 bis 1. N oder auch nur an einigen aus- gewählten Bereichen vorhanden sein.