Die Erfindung betrifft ein schalldämpfendes Wandelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie die Verwen¬ dung dieses Wandelementes nach den Ansprüchen 15 - 19.

Die Wände von Behältnissen, in denen eine turbulente Strömung geführt wird, z.B. von Ventilatorgehäusen oder Lüftungskanälen, werden durch die Strömung sowohl sta¬ tisch (stationäre Unter- oder Überdrucke gegenüber dem Außenraum) als auch dynamisch (instationäre Druckschwan¬ kungen) belastet. Für ihre Dauerhaltbarkeit ist es des¬ halb erforderlich, sie aus entsprechend dickem, sta¬ bilem Material auszuführen. Um die höchst mögliche Stei- figkeit bei geringstem Gewicht zu erreichen, hat sich im Fahrzeug- und Flugzeugbau eine Bauweise bewährt, bei der die Wände aus zwei relativ dünnen Schalen bestehen, die beidseitig an einer wabenförmigen Raster-Struktur angebracht (z.B. aufgeklebt) sind (s. Fig. 1).

Damit die Schallwellen im Innern der Gehäuse und Ka¬ näle nicht zu stark in die Umgebung abgestrahlt wer¬ den, ist es häufig notwendig, eine zweite (nichttragen¬ de) Wandschale außen anzubringen, die mit der ersten (tragenden) keine oder eine möglichst weiche Verbindung hat. Der Luftzwischenraum wird i.a. mit porösem Materi¬ al 1 locker ausgefüllt (s. Fig. 2).

Um schließlich die Schallausbreitung im Innern der Ge¬ häuse und Kanäle zu bedampfen, damit die Geräusche der Strömung, insbesondere von den Strömungsmaschinen her¬ rührend, auch nicht über irgendwelche Öffnungen (Luft- einlässe und -auslasse) zu stark abgestrahlt werden, ist es üblich, die Wände 2 von Strömungskanälen von innen mit Schallabsorbern auszukleiden. Hierfür kom¬ men z.B. wiederum poröse Materialien (s. Fig. 3a) oder Membran-Absorber entsprechend der DE-OS 35 04 208 in Frage. Letztere können entweder als sogenannte Rand¬ kulissen an den Wänden direkt angebracht (s. Fig. 3b) oder als Mittel- Kulisse in die Kanäle eingestellt wer¬ den: eine beidseitig absorbierende, unsymmetrisch auf¬ gebaute Kulisse ist in Fig.3c dargestellt.

Will man alle drei Forderungen gleichzeitig erfüllen,

(a) konstruktive Versteifung

(b) schalldämmende Ummantelung

(c) schalldämpfende Auskleidung

der Wände, insbesondere derjenigen der Gehäuse der schallerzeugenden Strömungsmaschinen (Ventilatoren, Gebläse, Pumpen) selbst, so erfordert dies in konven¬ tioneller Bauweise

- zusätzlichen Raumbedarf,

- höheren Materialaufwand,

- vergrößerte Wandgewichte,

so daß insbesondere die Schallschutz-Maßnahmen ganz erhebliche Zusatzkosten verursachen.

Die innen eingebauten Absorber müssen außerdem densel¬ ben statischen und dynamischen Belastungen durch die Strömung wie die Wände standhalten. Die Mineralwolle in Fig. 3a muß z.B. durch geeignete Abdeckungen 3 (Fo¬ lien, Vliese) gegen Austragung geschützt werden, so daß das für ihre Wirksamkeit notwendige Eindringen der Schallwellen dadurch verhindert oder zumindest stark ver¬ mindert wird. Die Abdeckmembranen 4 in Fig. 3b und 3c können durch die Strömung so stark gegen die Lochmembra¬ nen 5 gedrückt werden, so daß ihre zur Schalldämpfung notwendigen Schwingungen im Zusammenhang mit der Luft¬ schicht zwischen beiden Membranen und dem Luftpropfen in den Löchern 6 nicht mehr anregbar sind und damit ihre Wirksamkeit zerstört oder zumindest wesentlich herabgesetzt wird. Dynamische Strömungskräfte, z.B. im Bereich von Strömungsablösungen und sogenannten Totwas¬ sergebieten, können außerdem die relativ dünnen (typi¬ scherweise 0,075-0,3 mm) Membranen zum instationären Ausbeulen, Einbeulen und Flattern (insbesondere auch bei Frequenzen außerhalb des Dämpfungsbereiches, für welche sie ausgelegt wurden) bringen. Dies kann zum ei¬ nen eine ganz und gar unerwünschte Schallabstrahlung von den eigentlich zur Lärmminderung eingesetzten Mem¬ bran-Absorbern (vor allem bei Frequenzen oberhalb ihres Auslegungsbereichs) zur Folge haben. Diese Verformun- , gen mit großer Amplitude (vor allem bei Frequenzen un¬ terhalb ihres Auslegungsbereiches) können schließlich nach längerer derartiger Belastung, insbesondere im Bereich der Stege, an denen die Membranen befestigt werden, zum Abreißen und zu ihrer völligen Zerstörung führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben dargelegten Nach¬ teile von Membranabsorbern in Wandelementen zu ver¬ meiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Wand¬ element nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal¬ tungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Neue Ver¬ wendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Wandele- , mente sind in den Ansprüchen 15 bis 19 angegeben.

Bezüglich der Ausbildung des Membranabsorbers wird aus¬ drücklich Bezug genommen auf DE-OS 35 04 208 sowie die korrespondierende, ausführlichere Anmeldung PCT/EP 85/ 0039 bzw. Europäische Anmeldung 86 901 369.8 und auf den gesamten Offenbarungsgehalt dieser beiden Anmel¬ dungen.

Die Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:

Fig. 1: einen Wandaufbau in Leichtbauweise

Fig. 2: eine Kanal-Ummantelung

Fig. 3a: eine Wand-Auskleidung mit porösem Absorber

Fig. 3b: eine Wand-Auskleidung mit Membran-Absorber

Fig. 3c: eine Schalldämpfer-Box (Kulisse aus Membran- Absorber)

Fig. 4a: eine 90°-Strömungsumlenkung mit integriertem Membran-Absorber

Fig. 4b: einen Axial-Ventilator mit integrierten Mem¬ bran-Absorbern

Fig. 4c: einen Radial-Ventilator mit integrierten Membran-Absorbern

Fig. 5 einen auf einer Abdeckmembran angeordneten Schaumstoffbelag

Fig. 6 elastische Abstandsstreifen

Fig. 7 Unterlegstreifen

Fig. 8 eine elastische Befestigung auf Raster

Fig. 9 eine streifenförmige Lochmembran und

Fig. 10: eine weitere Ausgestaltung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung

Die Nachteile herkömmlicher Schallabsorber für den Ein■ satz als Wand-Auskleidungen in Bereichen stark insta¬ tionärer (turbulenter) Strömungen,

- Raumbedarf,

- Materialaufwand,

- Gewichtserhöhung,

- Druckverlust,

- Funktionsbeeinträchtigung,

- Eigengeräusch,

- Dauerhaltbarkeit,

wie sie im Abschnitt zum Stand der Technik angedeutet wurden, lassen sich zumindest teilweise mit dem er¬ findungsgemäßen schalldämpfenden Wandelement vermeiden

1. Der hauptsächliche Erfindungsgedanke ist es, den Schallabsorber selbst zum tragenden Konstruktions¬ element für Strömungsbegrenzende Wände oder Be¬ endungen jeglicher Art zu machen. Hierfür eignet sich der Membran-Absorber mit seiner Waben-Struk¬ tur deshalb besonders gut, weil diese aus

schalltechnischer Sicht beliebig starr und steif und deshalb auch den jeweiligen statischen und dynamischen Anforderungen des Einzelfalles ent¬ sprechend ausgeführt werden kann. Der Schallab¬ sorber kann so ganz oder teilweise die Strömungs- berandung z.B. Gehäuse- oder Kanalwände ersetzen, also die Strömungsführung selbst übernehmen. Der zur Verfügung stehende Raum wird so optimal ge¬ nutzt, der zusätzliche Materialbedarf beschränkt sich auf die Loch- und Abdeckmembran, die kaum das Gewicht der Anlage erhöhen, und die Schall¬ schutzmaßnahme erfordert gar keinen zusätzlichen Druckverlust. Dieser läßt sich sogar durch strö¬ mungsgünstige Ausformungen der die Strömung führen¬ den Membranen noch senken. So wird auch die Eigen¬ geräusch-Erzeugung der Schallabsorber weitgehend vermieden, das Strömungsgeräusch u.U. sogar nach¬ haltig reduziert.

2. Besonders vorteilhaft ist es, die in Strömungs-Ka¬ nälen und Maschinen-Gehäusen vorhandenen Hohlräume, Ecken und Aussparungen als Kammern für die Mem¬ bran-Absorber nach DE-AS 35 04 208, wie z.B. in Fig. 4a für einen 90°-Kanal-Bogen und in Fig. 4b für ein Axial -Ventilator-Gehäuse nur dem Prinzip nach skizziert auszunutzen. Der in Fig. 4 ange¬ deutete zusätzliche Raumbedarf bedeutet nicht wirk¬ lich einen Nachteil, weil die Form der Gehäuse und der Umlenkung nur aus praktischen Erwägungen so wie im ursprünglichen Zustand gezeichnet gewählt wurde. Die Absorber-Kammern verlangen bei Instal¬ lation und Montage kaum zusätzlich Platz oder Ge¬ wicht. Die Anbringung der Absorber genau dort, wo

die Schallerzeugung als instationäre Wechselwir¬ kung zwischen turbulenter Strömung und Strömungs- berandung primär stattfindet, kann nicht nur not¬ wendige Schalldämpfer in den angeschlossenen Ka¬ nälen überflüssig machen: Da die schwingfähig gehal tenen Membranen anstelle starrer Strömungsberan- dungen gerade auf den Frequenzbereich der stärk¬ sten Schallanregung (z.B. Drehklang der Ventilato¬ ren) abgestimmt werden können, vermindern sie durch ihre Nachgiebigkeit die Wechselwirkung Strömung- Wand und damit die Schallanregung am Ort ihrer Ent¬ stehung von vornherein.

2a. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ist es von

Vorteil, die Abdeck- und die Lochmembran im Bereich der Stege zumindest bereichsweise miteinander zu verbinden (16).

3. Um die Abdeck-Membran (4) z.B. in Ablösungsgebie¬ ten hinter Strömungsumlenkungen als Strömungsbe- randung auszubilden, ist es weiterhin günstig, die mit der Strömung in direktem Kontakt stehende Ab¬ deckmembran zusätzlich mit einer weichen Schicht (z.B. aus feinporigem Weichschaum) zu belegen. Da¬ durch kann die o.g. instationäre Wechselwirkung weiter "abgefedert", d.h. abgebaut, werden. Außer¬ dem kann dieser zusätzliche Belag (s. Fig. 5) die Flatter-Anregung der Abdeck-Membran reduzieren, bedampfen und dadurch die Eigengeräusch-Erzeugung weiter reduzieren.

4. Bei manchen Strömungsmaschinen (z.B. Ventilatoren nicht zu großer Leistung) kann es vorteilhaft sein, die Abdeck-Membranen ganz oder teilweise durch eine feinporige Weichschaum-Matte zu er¬ setzen, die auf der der Strömung zugewandten Seite über die ganze Schichtdicke offenporig gehalten, aber auf der der Loch-Membran zugewandten Seite verhautet ist, so daß auch mit einer derart ausge¬ bildeten Abdeck-Membran (4) die Kammern der Mem¬ bran-Absorber gegenüber dem Fluid in den angren¬ zenden Strömungskanälen hermetisch abgeschlossen bleiben. Eine solche Abdeck-Membran kann nicht nur helfen, das Eigengeräusch zu reduzieren. Sie kann darüber hinaus auch bei Bedarf die Dämpfung des Schwingsystems , bestehend aus den Membranen, dem Luftkissen in den Kammern sowie den Luftschich¬ ten dazwischen, erhöhen.

Die Maßnahmen nach 3 und 4 haben darüber hinaus die Wirkung, daß auch in einem Frequenzbereich auf den die Membranabsorber gar nicht abgestimmt worden sind, eine zusätzliche Dämpfung möglich ist, z.B. oberhalb 1000 Hz. Diese Maßnahmen nach 3 und 4 sind andererseits auch geeignet, um bei Frequenzen unterhalb des Abstimmbereiches die in¬ stationäre Wechselwirkung zwischen Strömung und Berandung und damit die Schallanregung am Ort ihrer Entstehung zu vermindern.

5. Bei gewissen Strömungsmitteln, die mit Fremdstof¬ fen, z.B. Staub, Aerosolen, Fett u.a., belastet sind, kann es vorteilhaft sein, zwischen den Loch-Membranen, die an den Stegen der Waben-

Struktur befestigt sind, und den Abdeck-Membranen nach Fig. 6 im Bereich dieser Stege je nach Strö¬ mungsbeaufschlagung mehr oder weniger weiche Strei¬ fen (14), z.B. aus Weichschaum (sogenanntem Moos¬ gummi) oder anderen dauerelastischen Stoffen anzu¬ bringen.

Nach den Maßnahmen 3 - 5 kann auf diese Weise einer akustischen Funktionsbeeinträchtigung der Membran- Absorber durch Strömungsdruck auf die Abdeck-Mem¬ branen entgegengewirkt werden. Außerdem läßt sich durch derartige weiche Abstands-Streifen eine ähn¬ liche Bedä pfung der verschiedenen Schwingungs¬ formen erreichen wie durch die Maßnahmen 3 und 4.

Um die Standzeiten der Abdeck-Membranen und der Lochmembranen zu erhöhen, kann man diese im Be¬ reich der Stege zumindest teilweise durch Unter¬ legstreifen 15, 15a nach Fig. 7 verstärken. Durch diese Maßnahme können die Abdeck- und Lochmembra¬ nen im Bereich der Stege, wo sie akustisch rela¬ tiv wenig aktiviert, aber durch die instationären Strömungskräfte stark beansprucht werden, so ver¬ steift werden, daß ihre akustischen Eigenschaften im Rahmen des oben beschriebenen Schwingsystems erhalten bleiben, aber dennoch ihre Dauerhaltbar¬ keit erhöht wird.

7. Eine Möglichkeit die Strömungsberandung bei hoher Beanspruchung auszubilden, besteht darin, die Loch-Membranen an den Stegen der Waben-Struktur mit Hilfe eines dauerelastischen Kleb- bzw. Dicht¬ stoffes (19) anstelle der versteifenden Streifen

nach Fig. 7 zu befestigen, so daß einerseits die Kammern der Waben-Struktur gegeneinander abge¬ dichtet sind, andererseits aber eine gewisse Nach¬ giebigkeit gegenüber den Druckschwankungen der Strömung erreicht wird (vgl. Fig. 8).

8. Fertigungstechnisch kann es von Vorteil sein, an¬ stelle der durchgehenden, im Regelfall über vielen Kammern liegenden Loch-Membranen streifenförmige Innenmembranen 17 vorzusehen, zwischen denen eine schlitzförmige Öffnung 18 verbleibt. Der Schlitz 18 muß nicht parallel zu den Stegen, sondern kann auch schräg zu diesen verlaufen. Dadurch läßt sich das Schwingsystem, das der akustischen Wirkung der Membran-Absorber zugrundeliegt, bei durch die Ka¬ nal- oder Gehäuse-Geometrie vorgegebener Kammer- Größe in noch weiteren Grenzen variieren. Die strei fenförmig ausgeführten Membranen 17 (s. Fig. 9) lassen sich u.U. preisgünstiger herstellen, insbe- sonders wenn diese aus hochfestem Material, z.B. Edelstahl, hergestellt werden.

Wie im vorherigen Abschnitt dargelegt, ist es notwen¬ dig bei warme oder heiße Strömungsmittel führenden Strömungsmittelkanälen die Abdeckmembran (4) aus hoch¬ festem und/oder temperaturfestem Material zu machen. Die Abdeckmembran kann in solchen Strömungsmaschinen aus Metall oder einem auch bei höherer Temperatur be¬ ständigem Material, z.B. Kunststoff oder beschichteten Textilien (aus Kunstfasern) bestehen.

Gemäß Fig. 4c sollen die Membranabsorber mit ihrer äußeren Abdeck-Membran die innere Kontur des Spiralge¬ häuses nachbilden, die Rückwand 8 der Kammern wird dann durch die äußere Gehäuseschale gebildet. Deren Form rich¬ tet sich nach dem erforderlichen Volumen des für die Ab¬ sorption abgestimmten Membranabsorbers. Da größere Venti¬ latoren ihr Geräuschmaximum tendenziell bei tieferen Frequenzen haben, können die Membranabsorber günstig u. U. in bereits bestehende Gehäuse integriert werden und die Membranabsorber deshalb in etwa geometrisch ähnlich wie die bisher üblichen Ventilatorgehäuse ausgelegt wer¬ den, um eine jeweils optimale Wirkung der Absorption zu erzielen.

Gemäß Anspruch 14 kann es weiterhin vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Wandelement gleichzeitig auch als Schalldämmelement für tiefe und mittlere Frequenzen zu optimieren, so daß die Schallübertragung aus dem Strö¬ mungsmittel in die Umgebung vermindert wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 erkennt man wie¬ derum die Lochmembran mit Löchern 6 in Draufsicht, fer¬ ner einige Wände bzw. Stege 7, 9, 10, 11 und 13.