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Schalldämmung Auf die Abstände kommt es an

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Hans A. Härle / Jan Vollmuth

Der Wirkungsgrad und das Frequenzspektrum von Gewebeschallabsorbern werden durch den Abstand der Durchgänge bestimmt, der durch Walzen beeinflusst werden kann.

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Ein Beispiel für den Einsatz eines Gewebeabsorbers als partielle Schallkapselung für Elektromotoren, die eine Schalldämpfung von etwa 20 dB erreicht.
Ein Beispiel für den Einsatz eines Gewebeabsorbers als partielle Schallkapselung für Elektromotoren, die eine Schalldämpfung von etwa 20 dB erreicht.
(Bild: Härle Produktentwicklung)

Gewebeabsorber weisen einen Wirkungsmechanismus auf, der dem von Mikroperforierten Absorbern (MPA) entspricht. Das Prinzip des Helmholtz-Resonators kombiniert mit der erhöhten Reibung in den engen Durchgängen ist auch hier zu finden. Deren Dimensionierung bestimmt die Frequenzselektivität und den Grad der Absorption. Durch Walzen des Gewebes kann die Weite der Durchgänge und damit der Grad der Perforation geändert werden.

Mikroperforierte Absorber (MPA) bestehen aus einer perforierten dünnen Platte oder Folie vor einem eingeschlossenen Luftvolumen. Die in den Löchern befindliche Luft hat eine Masse, die im Zusammenwirken mit der Steifigkeit des eingeschlossenen Luftvolumens ein schwingungsfähiges System nach dem Prinzip eines Helmholtz-Resonators darstellt, der bei der Resonanzfrequenz eine maximale Absorption aufweist.

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Die Löcher sind aber gegenüber üblichen Helmholtz-Resonatoren sehr eng ausgelegt, woraus sich typischweise ein sehr kleiner Perforationsgrad σ (= gesamte Lochfläche / Gesamtfläche der Platte, in der Regel < 2 %) ergibt. Der geringe Durchmesser der Löcher zielt darauf ab, den Luftdurchgang auf die akustische Grenzschicht zu beschränken, in der eine viskose Reibung besteht, sodass die Schnelle über den Lochquerschnitt uneinheitlich ist.

Durch diese Reibung wird ein erhöhter Absorptionsgrad erreicht, ohne Dämmmaterialien in das eingeschlossene Volumen einbringen zu müssen. Die Dicke δ der Grenzschicht ist frequenzabhängig und damit ist auch die Abmessung der Löcher auf den angedachten Frequenzbereich, in dem der Absorber effektiv wirken soll, anzupassen.

Vielfach sind die Löcher rund (Ø = 2r0) und für diesen Fall wird in der Literatur [1] der dimensionslose Reibungsparameter x = r0/δ mit folgender Abhängigkeit von der Frequenz angegeben: x = 0,65 r0 √f. Da ein x nahe 1 angestrebt wird, lässt sich darüber der passende Durchmesser für einen bestimmten Frequenzschwerpunkt ableiten. Kann die bei der Reibung erzeugte Wärme durch das Lochplattenmaterial (z.B. Metall) besonders gut abgeleitet werden, so ändert sich die Gleichung zu x = 0,42 r0 √f.

Absorptionsgrad kann durch Walzen des Gewebes angepasst werden

Die Löcher müssen nicht rund, sondern nur so dimensioniert sein, dass der angesprochene Effekt der viskosen Reibung zum Tragen kommt. Dies kann auch mit einem Gewebe realisiert werden, bei dem die Löcher durch die Zwischenräume zwischen den Maschen gebildet werden. Durch Walzen des Gewebes kann die Dimensionierung der Zwischenräume variiert und damit die Frequenzselektivität wie der Grad der Absorption in gewissem Rahmen Vorgaben angepasst werden.

Der hier behandelte Gewebeabsorber Poroblech besteht aus Metall oder Kunststoff. Wird das dicht gewobene Gewebe nach dem Weben (etwa) auf die Dicke 2r (= Drahtdurchmesser) zusammen gepresst oder gewalzt, so verringern sich die Drahtabstände bSP in den Submillimeterbereich. Bild 1 (siehe Bildergalerie) zeigt schematisch die Anordnung:

V0 ist Bestandteil des zwischen dem Gewebe und einer schallharten Wand eingeschlossenen Luftvolumens V (Bild 2). Der Absorber ist besonders wirksam, wenn der Abstand zwischen dem Gewebe und einer schallharten Wand gleich Wellenlänge λ/4 ist, da dann der Ort der maximalen Schnelle in der Gewebeebene liegt.

(Entsprechende grundlegende Betrachtungen mit mathematischer Herleitung der Resonanzfrequenz finden Sie in der Bildergalerie).

Das Tressengewebe aus querlaufenden Kettdrähten und zunächst dicht anliegenden, noch gegenläufig schräg zueinander laufenden Schussdrähten verändert sich durch Walzen: die Schussdrähte verlaufen jetzt nahezu parallel. Vergrößerungen des Gewebes zeigen, dass sich beim Walzen eine gleichmäßige Schlitzstruktur ergibt. Die Geometrie ist komplexer als bei einer gelochten Platte, weshalb analytische Lösungen zur Beschreibung des Verhaltens auch nur Näherungslösungen sein können, die dennoch einen guten Anhalt geben, wenn bestimmte Eigenschaften erzielt werden sollen.

(Siehe Bilder 3 bis 5 in der Bildergalerie).

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