Ventilatoren || Schallerzeugung und Schalldämpfung von Ventilatoranlagen

490 XIX. Die Schallerzeugung von Ventilatoren

G. Schallerzeugung und Schalldampmng von VentilatoranJagen

XIX. Die Schallerzeugung von Ventilatoren Bearbeitet von B. REGENSCHEIT

158. Grundsatzliches

Fiir die Berechnung der Schallerzeugung von Ventilatoren geht man, wie schon friiher gezeigtl, von der Annahme aus, daB diese von einem Anteil K der aerodynamischen Verlustleistung des Ventilators und einer Potenz der Machzahl abhangt. Die in Schall umgesetzte Verlustleistung betragt in Watt

P - K LJp Q (~- 1) 103 [W]· (202) v - "I 102

.1p [kp/m2] = Gesamtdruckzunahme im Ventilator,

Q [ms/s] = Volumenstrom.

Die Abhangigkeit von der Machzahl M a ist gege ben durch die Beziehung

Darin ist u die Umfangsgeschwindigkeit des Rades

d2 " n u =--[m/s] 60

d2 [m] = Laufraddurchmesser, n [min-l] = Drehzahl.

(203)

(204)

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft ergibt sich aus der Beziehung

a = 20,1 fi' [m/s] ; (205)

T [OK] = absolute Temperatur der Luft.

Fiir die Potenz der Machzahl gilt fUr die verschiedenen moglichen Typen der Schallerzeuger (wie z. B. lLutDy2 angibt):

Monopol (einfache Schallquellen) m = 1 Dipol (Ventilatoren) m = 3 Quadrupol m = 5

} theoretische Schallstrahler,

Radialventilatoren Axialventilatoren

m = 2 } m = 2,5 reale Schallstrahler.

1 REGENSCHEIT, B.: Eine Betrachtung liber die Schallabstrahlung eines GebIases. Hausbericht H. Krantz Lufttechnik, E 934,1952; auch ECK, B.: Ventilatoren, 3. Auf!., Berlin/Heidelberg/New York: 1957.

2 HARDY, H. G.: Generalized Theorie of Computing Noise from Turbulence in Aerodynamic Systems. ASHRAE Journal, Jan. 1963.

B. Eck, Ventilatoren© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003

158. Grundsatzliches 491

In den VerOffentlichungen von REGENSCHEIT und ECK1 wurde, ausgehend von den Versuchen von HOLLE und LUBKE2, mit m = 4 gerechnet.

Die Potenz m scheint besonders bei Axialventilatoren selbst noch von der Machzahl abzuhangen, und zwar steigt sie mit zunehmender Machzahl. Genaue Untersuchungen sind hieruber nicht bekannt. LAUX3 und BOMMES4 zeigen, daB die spezifische Schalleistung (in der weiter unten angegebenen Formel (207) die Zah160) mit der spezifischen Drehzahl ansteigt. Bommes zeigt einen Anstieg von 7 dB bei einer

Anderung der spezifischen Drehzahl nq = n (Q/H3/4 von 20 auf 500 (H = ForderhOhe Em), Q = Volumenstrom [m3/s).

BRUNZ5 hat 8 Axialventilatoren untersucht und gefunden, daB durch die von REGENSCHEIT und ECK6 angegebene Beziehung sich Schallpegel ergeben, die 4···6 dB uber den MeBwerten liegen. Eine Formel von JUDIN7 brachte bei ihm vollige tJbereinstimmung zwischen Messung und Rechnung. Auch die Formel von JUDIN geht davon aus, daBein gewisser Prozentsatz der Verlustleistung in Schall umgesetzt wird. BRUNZ raumt ein, daB bei einer besseren Anpassung der Konstanten an die heute bekannten Messungen auch die Formel nach REGENSCHEIT und ECK8 eine zufriedenstellendere tJbereinstimmung zwischen Rechnung und Messung gebracht hatte.

Urn den Schalleistungspegel bilden zu konnen, muB man den schallerzeugenden Anteil der Verlustleistung auf eine Leistungseinheit beziehen. Es ist ublich, die GroBe Po = 10-12 W zu wahlen. (Die Reizschwelle des Ohres liegt bei J o = 10-12 W/m2.)

Damit erhalt man den Schalleistungspegel

Lp = 10 19 [K 1012 Llp Q (~ ~- 1) ~~~ (: tJ [dB] . (206)

1 Siehe FuBnote 1, S. 490. 2 HOLLE, W., LUBKE, E.: Zur Schallstarke des von schnellbewegten Profilen

erzeugten Schalls. Luftfahrtforschung 17 (1940) 56/57. 3 LAUX, H.: Gerausche in Liiftungs- und Klimaanlagen. Heiz. Liift. Haus

technik 15 (1964) 345-358. 4 BOMMES, L.: Anwendung des AhnIichkeitsgrundsatzes im Ventilatorenbau.

Heiz. Liift. Haustechnik 20 (1969) 47-85. 5 BRUNZ, J.: Zur Gerauschabstrahlung von Axialventilatoren. Heiz. Liift.

Haustechnik 18 (1967) 216-220. 8 Siehe FuBnote 1, S.490.

7 JUDIN, E. J.: Untersuchung des Larmes von Ventilatoranlagen und die Methoden zu seiner Bekampfung (russ.). ZAGl Bericht Nr. 713, Moskau.

8 Siehe FuBnote 1, S. 490.


Flir Radialventilatoren ist aus der Literatur (z. B. LAUXl) die Formel von ALLEN und BERANEK2 bekannt. Sie lautet

Lp = 60 + 20 19 LIp + 10 19 Q [dB] (207)

und hat eine Genauigkeit von ± 4 dB. Die Formeln (206) und (207) sollen verglichen werden, urn den Fak

tor K zu ermitteln. Da Formel (207), woraufKuRTZE3 hinweist, nur fUr die einseitige Schallabstrahlung des Ventilators gilt, die Formel (206) aber flir die gesamte Abstrahlung, ist in Gl. (206) ein Abzug von 3 dB zu machen (d. h. es wird angenommen, daB die Hiilfte der Schallabstrahlung in Blasrichtung, die andere in Saugrichtung erfolgt).

Es ist zweckmiiBig, in Gl. (206) folgende GraBen einzufiihren:

a) aus der Gleichung

(e = Luftdichte),

2 LIp u2 =--,

I! 1fJ

b) den Exponenten m = 2 fUr die Machzahl, und c) fUr die Luftdichte

273 36,04 e = eo T = ------p- ,

kp S2 eo = 0,132 -4-· m

Damit ergibt sich fUr die einseitige Abstrahlung

(208)

(209)

(210)

Lp = 88,3 + 10 19 ! + 20 19 LIp + 10 19 Q + 10 19 (~ - 1) . (211)

Setzt man (211) und (207) gleich, so ist

88,3 + 10 19 ~ + 10lg (~ - 1) = 60 . (212)

Da keine Angaben liber 1jJ und rJ bekannt sind, die fUr die Gl. (212) GiiItigkeit haben, mlissen Werte angenommen werden, die bei Radialventilatoren etwa flir den besten Betriebspunkt zutreffend sind. Wir wollen rJ = 0,8 und 1jJ = 0,8 wahlen.

Mit diesen Annahmen ergibt sich der Wert K zu

K = 0,0047 ,

d. h. es werden bei Radialventilatoren etwa 50/ 00 der aerodynamischen Verlustleistung als Schall abgestrahlt. Dieser Wert wird da keine an-

1 Siehe FuBnote 1, S.490. 2 BERANEK, L. L.: Noise Reduction, New York: McGraw Hill 1960. 3 KURTZE, G.: Physik und Technik der Larmbekampfung, Karlsruhe: Braun

1900, S. 187.

158. Grundsatzliches 493

deren Werte z. Zt. bekannt sind, in der nachstehenden Rechnung auch fUr Axialventilatoren tibernommen1•

Die G1. (206) geht damit tiber in

= 106,6 + 10 19 [ Jp . Q (~ - 1) (: fJ (206a)

und fUr einseitige Abstrahlung ist, entsprechend Formel (211)

Lp = 103,6 + 10 19 [Jp. Q. (~ - 1) (: fJ . (206b)

Die GIn. (206) und (212) k6nnenmitdem Exponenten mund dem Wert k spater noch zu gewinnenden Erkenntnissen angepaBt werden. Aus diesen Gleichungen kann man Beziehungen ableiten, die je nach der vorliegenden Fragestellung zum Gebrauch besonders geeignet sind.

Bei den Ableitungen wird von folgenden Beziehungen Gebrauch gemacht:

a) Aus G1. (209) ergibt sich

b) Ftir den Volumenstrom wird geschrieben

Q=rpAu,

d2 Tt A = Bezugsflache des Laufrades bei Radialventilatoren A = + '

d2 Tt bei Axialventilatoren A = + (1 - v2 ) ,

d v = / = Nabenverhaltnis,

2

do = Nabendurchmesser.

(209a)

(213)

1 Wurde der Wert K bei Axialventilatoren etwa doppelt so groB sein wie bei Radialventilatoren, so wurde der Schalleistungspegel urn 3 dB hi:iher liegen als nachstehend errechnet wird.


c) Fur die Luftdichte ergibt sich mit T = 273 + t [OK] und To = 273 oK

To 1 e = eOIjr- = eo t (210a)

1 + 273

d) Die Gl. (205) fUr die Schallgeschwindigkeit wird umgeschrieben und durch die Naherung

a2 = (20,1)2·273 (1 + 2~3) ersetzt. (205 a)

Bei Axialventilatoren wird die Beziehung

aO,5 = Y20,1 V273 (1 + 2~3) ~ V20,1 V273 (1 + : 2~3) (205 b)

benotigt.

e) Fur einen Wert x ~ 1 ist

10 19 (1 ± x) = ± 4.343 x (214)

f) Die Antriebsleistung (Wellenleistung) des Ventilators

LIp Q Pw = 102'YJ [kW]. (215)

In Tab. 1 sind die Gebrauchsformeln fur Radial- und Axialventilatoren zusammengestellt, die sich ergeben, wenn man m = 2 fUr Radialventilatoren und m = 2,5 fUr Axialventilatoren als giiltig ansieht.

169. Die Frequenzabhingigkeit des Ventilatorgerausches

Man kennt fUr die verschiedenen Ventilatortypen kennzeichnende Verlaufe der Frequenzabhangigkeit. Der Verlauf ist jedoch innerhalb des Bandes z. B. einer Oktave nicht durch einen einzigen Zahlenwert angebbar. Man beobachtet bei verschiedenen BaugroBen, selbst bei gleichenBaumustern und auch innerhalb einer Bauserie gewisse Schwankungen um einen Mittelwert. Fur die Vorausberechnung eines Frequenzbandes werden daher Mittel-Werte angegeben, die sich aus vielen Messungen als hinreichend brauchbar erwiesen haben. In Tab. 2 sind solche Werte fUr drei Ventilatorbauarten angegeben1, 2.

Man handhabt die Werte so, daB man bei der Oktavmittenfrequenz (63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz) jeweils den angegebenen Wert von dem Gesamtschalleistungspegel abzieht. Den Gesamtschall-

1 WAGNER, E.: Spellnas Taschenbuch 1965, Handbuchder Fa. Spelleken Nachf. KG., Wuppertal-Barmen.

2 VDI-Richtlinie: VDI 2081 Entwurf, Griindruck, Tab. 3.

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160. Zusammenfassung 497

leistungspegel kann man nach Formel (206 b) oder den in Tab. 1 gege benen Formeln errechnen.

Es ist von den Werten zu fordern, daB man bei Riickrechnung der Schalleistung aus der spektralen Verteilung wieder den Ausgangspegel erhalt. Die dabei zu erfiillende mathematische Forderung ergibt sich aus:

[ (LP-Lf) (LP-Lt) ] Lp = 10lg lO 10 1 + lO 10 2 + . .. . (216)

Darin ist Lp der Gesamtschalleistungspegel, wie er sich aus z. B. Gl. (206) ergibt. L f ist der von der Frequenz abhangige Korrekturwert derTab. 21. Die Indizes I; 2···8 geben das Frequenzband an. Wenn die Werte L f

richtig gewahlt sind, muB die Bedingung

[1O(~/10h + 1O(I~1O)1 + ... ] = 1 (217)

erfUllt sein. Nur dann ergibt die Riickrechnung wieder den Ausgangswert.

In der Tab. 21 sind am FuB der Spalten die errechneten Werte der eckigen Klammer eingetragen. Die Zahlenkolonne (nach dem nicht verOffentlichten Griindruck der VDI-Richtlinie VDI 2081) fUr die Radialventilatoren mit riickwarts gekriimmten Schaufeln ist offensichtlich nicht in Ordnung. Die anderen Zahlenwerte bediirfen nur kleiner Korrekturen. Ein Vorschlag, der die mathematische Forderung hinreichend erfUllt, ist in Tab. 21 eingetragen.

Bei der Festlegung der Werte Lr ist wichtig, daB sie im Bereich von 125···500 Hz nicht allzu sehr voneinander abweichen, da von diesen Werten die Schalldampferdimensionen wesentlich beeinfluBt werden.

160. Zusammenfassung

Die Schalleistung eines Ventilators hangt von seiner aerodynamischen Verlustleistung und einer Potenz der Machschen Zahl ab, die aus der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades und der Schallgeschwindigkeit gebildet wird.

Diese Betrachtung fiihrt zu Formeln, die den bekannten Aufbau der Formeln von ALLEN und BERANEK haben. Fur Radial- und Axialventilatoren sind die Gebrauchsformeln in Tab. 20 zusammengestellt. Darin wurde fUr Radialventilatoren die Potenz der Machzahl mit m = 2 gewahlt, die fur Axialventilatoren mit m = 2,5. Diese Potenzen gelten fUr die in der Lufttechnik iiblichen Umfangsgeschwindigkeiten bis etwa 50 m/s. Fiir hohere Umfangsgeschwindigkeiten muB man hohere Werte fiir m wahlen. Welche Werte man jeweils nehmen muB, ist heute noch

498 xx. Liirmminderung an Ventilatoren und lufttechnischen Anlagen

unbekannt. Die Formeln (206 a) und (206 b) lassen die Berechnung auch mit anderen Werten m zu.

Die Formeln der Tab. 20 beriicksichtigen die dimensionslosen Kennwerte der Ventilatoren. Dadurch wird der bisher geforderte Toleranzbereich von ± 4 dB wesentlich eingeschrankt. Bei einer Wirkungsgradanderung von '1] = 0,70 auf'1] = 0,90 andert sich die Lautstarke urn

AL = 10 19 (0\ - 1) - 10 19 ({)~9 - 1) = 5,8 [dB] . (218)

Man erkennt, daB durch die Nichtberiicksichtigung des Wirkungsgrades eine Unsicherheit in der Schalleistungspegelbestimmung von 4···6 dB liegen kann.

Es ist aus den Darlegungen zu schlieBen, daB Schallpegelmessungen von Ventilatoren ohne gleichzeitige Bestimmung und Beriicksichtigung der aerodynamischen Werte des Ventilators nicht sehr nutzbringend sind.

Fiir die Bestimmung der Frequenzabhangigkeit des Schallpegels wird ein Vorschlag fiir die Abminderungswerte gemacht (Tab. 21). Diese Werte lehnen sich an die bekannten Werte an, haben aber den Vorzug, daB bei der Riickrechnung aus dem Oktavspektrum sich wieder der richtige Schalleistungspegel ergibt.

XX. Larmminderung an Ventilatoren und lufttechnischen Anlagen

Bearbeitet von Dipl.-Ing. E.GOEHLICH, Dortmund

161. Grundbegriffe

1. Schalldruckpegel L (meist als Schallpegel bezeichnet)

MaG fiir die GroBe des Schalldruckes an einem MeBort:

(P)2 P L = IOIg - = 20Ig-[dB], Po Po

p = Effektivwert des Schalldruckes, Po = Bezugsschalldruck = 2 . 10-4 f-t bar ~ 2 . 10-6 kpJm2

(international festgelegt).

2. Schall-Leistungspegel Lp

MaG fiir die GroBe der gesamten von der Schallquelle abgestrahlten Schall-Leistung.

p Lp = 10 19 p [dB re 10-12 W],

o P[W] - Schalleistung, Po - Bezugsschalleistung = lO-12 W.

161. Grundbegriffe

3. Zusammenhang Schalldruckpegel und Schall-Leistungspegel

Lp = L + 10 19 SM [dB] , 8M [m2] = MeBflache.

4. A-Schallpegel LA

499

Der A-Schallpegel LA ist der mit der Bewertungskurve nach DIN 45633, Blatt 1, bestimmte Schalldruckpegel. Er ist ein MaB fiir die Starke des Gerausches und wird in dB(A) angegeben. Zu seiner Messung wird ein Schallpegelmesser verwendet, in dessen Verstarkungsgang ein A-Bewertungsfilter mit einem Frequenzgang nach Abb. 513 eingeschaltet wird.

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frequenz f

Abb.513. Bewertungskurve A nach DIN 45633, BI. 1

5. A-Schall-Leistungspegel LpA

Der A-Schalleistungspegel LpA ist der aus dem A-Schallpegel errechnete Leistungspegel nach Ziff.3.

6. Frequenzbander

Zur Aufnahme von Frequenzanalysen werden die handelsiiblichen MeBgerate mit umschaltbaren Oktav- oder Terzfiltern ausgestattet. Zwischen der Bandmittenfrequenz fm und der unteren und der oberen Grenzfrequenz fu bzw. fo gelten folgende Beziehungen:

Oktavfilter: fm = ffufo = f2fu = ,';, [Hz], . ,2 ,~6V- fo

Terzfilter: fm = rlufo = 2 fu = 6V2' [Hz],

Mit Vi ~ 1,12 ~ 1,12 fu = /~2 ' 1

1 Terz = 3' Oktave.

500 xx. Larmminderung an Ventilatoren und lufttechnischen Anlagen

7. Schalldiimm-Maj3 R Das Schalldamm-MaB Reines Bauteils ist nach DIN 4109, Blatt 1,

definiert nach Pi

R = 1Olg p ' 2

S = Ll - L2 + 10 19 A •

Pi auftreffende Schalleistung, P2 durchgelassene Schalleistung, Li Schallpegel im Senderaum, L2 Schallpegel im Empfangsraum, S Wandflache in m2,

A Absorptionsvermiigen des Empfangsraumes in m2 Sahin.

und wird gemessen nach DIN 52210. Das Bauschalldamm-MaB R' ist das auf dem Bau ermittelte Schall

damm-MaB mit bauiiblichen Nebenwegen. Das Schalldamm-MaB ist frequenzabhiingig, bei einschaligen Wan

den soll es entsprechend dem Massegesetz bei Verdopplung von Wandgewicht oder Frequenz um 6 dB zunehmen.

Zur Einwertkennzeichnung wird ein mittleres Schall-Damm-MaB Rm fUr den Frequenzbereich 100-3200 Hz nach DIN 4109 angegeben.

7.1. Einschalige Bauteile

Fiir einschalige Bauteile kann Rm naherungsweise aus Abb. 514 entnommen werden. (Literatur S.526).

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Abb. 514. Abhangigkeit des mittleren Schalldamm-Mases R;" vom Fliichengewicht m' eines einschaligen Banteiles nach K. GtiSELE.

a Beton, Ziegel, Gips, Glas und iihnliche Bausto!!e; b Holz und Holzwerksto!!e; c Stahlblech bis 3 ml!l Dicke, Bleiblech, Gummi

7.2. Zweischalige Bauteile

Bei zweischaliger Ausbildung eines Bauteils kann die Schalldiimmung gegeniiber einem einschaligen gleichschweren Bauteil bis ca. 15 dB verbessert werden.

161. Grundbegriffe 501

Hierzu ist zu beachten:

Die beiden Wandschalen wirken als Masse, der Luftzwischenraum als Feder, so daB sich eine Resonanz-Frequenz ergibt, bei der die Dammung einen Einbruch besitzt. Erst oberhalb der Resonanz-Frequenz fr tritt die Verbesserung gegenuber einer einschaligen Anordnung ein.

Der Hohlraum zwischen den Wandschalen ist mit einer schallabsorbierenden Matte zu dampfen.

Die beiden Wandschalen durfen keine starre, sondern nur korperschalldammende Verbindungen besitzen.

Leichtbauschalen unter ca. 100 kp/m2 sollen moglichst biegeweich sein.

Formeln zur Berechnung der Resonanzfrequenzen sind in DIN 4109 "Schallschutz im Hochbau" angegeben.

8. Schalldurckgang durck Of!nungen

Fur groBe {}ffnungen in einem BauteH gilt

PI 81 R' = IOlg-= IOlg-.

P2 82

PI ankommende Sohalleidtung bezogen auf 8 1,

P2 durohgehende Sohalleistung bezogen auf 8 2 ,

8 1 Fliiche zu PI' 8 2 Fliiche zu P 2•

Bei kleinen Offnungen (Undichtigkeiten) in einem BauteH gilt

bei 8 2 ~ 81 ,

9. 8abinscke N ackkallformel

Zwischen dem Raumvolumen V, der Nachhallzeit T und dem Absorptionsvermogen A eines Raumes gilt die Beziehung

V A = 0,163 T •

wobei

A = 1: 8 8 die iiquivalente Absorptionsfliiche (Absorptionsvermogen) in m2 Sabin,

8 [m2] = Fliiche mit dem Absorptionsgrad 8,

absorbierte oder durchgelassene Schall-Leistung 8=

auffallende Schall-Leistung

V [mS] Raumvolumen,

T [8] Nachhallzeit, die Zeit, in der nach Abschalten einer Sohallquelle der Sohallpegel in einem Raum um 60 dB. abnimmt.

502 xx. Liirmminderung an Ventilatoren und lufttechnischen Anlagen

10. Addition von Schallpegeln

Schallpegel dmen nicht geometrisch, sondern miissen logarithmisch addiert werden. Bei mehreren Schallpegeln gleicher GroBe kann der Gesamtschallpegel errechnet werden, nach

Lges = L + 10 19 z [dB], wobei

L = Schallpegel einer Schallquelle, z = Anzahl der Schallquellen

bedeutet. Dieser Zusammenhang ist Abb. 515 zu entnehmen.

1S dB

o

v v'~ /

.....-..... 1-'

/

/ /

1 23'1 G 810152030'10 Anzanl der SelJallquellen

Abb. 615. Addition mehrerer Schallquellen gielchen Pegeis

3~----~----~----~ ____ ~ dB

~ Z �_-\---+---_+_---+-----l 1; § ~

~11----t-"..------+----+-----l

o S 10 dB 20 Pege/differenz

Abb. 616. Addition zweier Schallquellen unterschledllchen Pegeis

Die Addition mehrerer Schallquellen unterschiedlichen Pegels kann schrittweise durch Benutzung von Abb. 516 erfolgen, wobei mit den hochsten Schallpegelwerten zu beginnen ist.

162. Zulassige Schallpegel 503

162. Zulissige ScbaJIpegel

1. Zuliissige A-Schallpegel, Gerau8chbewertungs-Kurven

Zulassige Schallpegel werden als Einwertangabe durch einen ASchallpegel (s. S. 526, Ziff. 5) als Grenzwert oder durch eine Gerauschbewertungskurve, die von den Oktav- oder Terzpegeln eines Gerausches nicht iiberschritten werden darf, angegeben. Bei gleichmaBiger Frequenzverteilung fiihrt die Festlegung eines A-Schallpegels zu einem befriedigenden Ergebnis der subjektiv empfundenen Gerauschstarke. Enthalt das Gerausch aber Einzeltone oder hervortretende, schmalbandige Rauschanteile, so wird es starker empfunden als ein Gerausch gleichen A-Schallpegels mit gleichmaBiger Frequenzverteilung. Daher wird bei Gerauschen mit Einzeltonen oder schmalbandigen Rausch-

120 dB 110

100

~ 90 .c ~ ... I $;! 80 .;, ~ ~ 70 --~ ... ~GO ~ ~

I

~ 50 "" .., '" ~ ~ ItO

30

20

10

dB-A 12G

121

f1G

111 10G

101

9C

9Z

87

82

77 72 G7

CZ

58

53 +8

ff

39

3S

30

25

21

I GJ I 12S I zso I StfJ I tdoo I zOuo I t.!w I e.W I 0klr1~ie6 Seri81 7erzslelJ

Abb.517. Ger!tusch·Bewertungskurven NR nach ISO

504 XX. Larmminderung an Ventilatoren und lufttechnischen Anlagen

anteilen ein um 5 dB niedrigerer A-Schallpegel als Grenzwert festgelegt.

Als Gerauschbewertungskurven (fUr Oktavpegel) wurden international die NR-Kurven nach Abb. 517 gemaB ISO TC43/senkr.194J314 (Entwurf) publiziert, in der Zwischenzeit aber wieder zUriickgezogen. Der Verlauf dieser Kurven entspricht etwa dem der Kurven gleicher Lautstarke fUr Rauschen.

Bei der Messung eines Gerausches mit gleichmaBiger Frequenzverteilung liegen die Terzpegel um ca.5 dB niedriger als die Olktavpegel im gleichen Frequenzbereich, da die Summe dreier gleicher Terzpegel ca. 5 dB ergibt (s. S. 502, Ziff. 10), Terz- oder Oktavpegel eines Einzeltones oder eines Schmalbandrauschens (unter Terzbreite) unterscheiden sich nicht. Dieses .ist bei der Festlegung von Gerauschbewertungskurven, ob sie von Oktav- oder Terzpegeln nicht iiberschritten werden sollen, zu beachten.

2. Vorschrijten, Richtlinien

2.1 Immissionsrichtwerte fUr die Nachbarschaft sind in der allgemeinen Verwaltungsvorschriftiiber genehmigungsbediirftige Anlagen nach § 16 der GewerbeordnungJGewO, Techn.-Anleitung zum Schutz gegen Larm (TA-Larm), Beilage zum Bundesanzeiger Nr. 137 yom 26. Juli 1969 festgelegt.

2,2 In der VDI-Richtlinie VDI 2058, Blatt 1, Entwurf August 1968 "Beurteilung von Arbeitslarm in der Nachbarschaft" sind Immissionsrichtwerte am Arbeitsplatz angegeben.

2.3 In der VDI-Richtlinie 2081 (in Bearbeitung) "Larniminderung bei liiftungstechnischen Anlagen" werden Grenzwerte fUr A-Schallpegel und NR-Gerauschbewertungskurven fUr an liiftungstechnische Anlagen angeschlossene Raume angegeben.

163. Schallausbreitung

Nachstehend werden Formeln zur Abschatzung von Schallpegeln in Riiumen und bei freier Schallausbreitung bei bekannten Schalleistungspegeln angegeben. Die Rechnung ist fiir die einzelnen Frequenzabschnitte, z. B. in Oktavpegeln, getrennt durchzufiihren. Zur iiberschlagigen Abschiitzung kann die Rechnung nur bei der Hauptstorfrequenz durchgefUhrt werden, wenn diese dominierend auftritt oder bei breitbandigen Gerauschen mit dem A-Schallpegel, wobei fiir Wande und Decken das mittlere SchalldammaB eingesetzt werden kann. Bei mehreren Schallquellen oder "Obertragungswegen sind die Schallpegelanteile am Immissionsort nach Ziff. 10, S. 502, zu addieren.

163. Schallausbreitung 505

Um iibersichtliche Formeln zu erhalten, miissen Vereinfachungen in Kauf genommen werden. Zusatzliche Dampfungen durch Bebauung und Bewuchs auf den tJbertragungswegen, Wetter- und Windeinfiisse, Absorption der Luft k6nnen in den Formeln ebensowenig beriick. sichtigt werden wie Reflexionen und Beugungen an Bauteilen oder gerichtete Schallquellen. Die gefundenen Werte k6nnen iiberschlagig mit diesen Einfliissen, die nur sehr ungenau erfaBt werden k6nnen, korrigiert werden.

Daher ist zu empfehlen, komplizierte oder wichtige FaIle von einem Fachmann untersuchen zu lassen.

In den Formeln haben die Buchstaben folgende Bedeutung (Abb.518):

V [ma] Raumvolumen, A [m2] Raumabsorption, T [s] N achhallzeit, R' [dB] SchalldiimmaB, Lp [dB] Schalleistungspegel, Z [m] Entfernung, L [dB] Schallpegel, r [m] Radius, SIr [m2] Kanalquerschnitt, q Richtungsfaktor. Sw [m2] Wandfliiche,

_-------..:J'III

Abb. 518. Schallausbreitung in und aus einem Raum

1. Schallpegel in einer offenen Schallaustrittsoffnung

Ll = Lp - 10 19 SK [dB] (S. S.499, Ziff.3).

2. Mittlerer Schallpegel in einem Raum nahe der AujJenwand aujJerhalb des H allradius

Lm = Lp - 10 19 Aj4 = Lp + 14 - 10 19 VjT = = Ll - 10 Ig Aj(4 SK) = Ll + 14 - 10Ig Vj(T SK) [dB] .

3. Abstrahlung in den freien Raum ohne Richtwirkung und N ahfeld 3.1. Fiir den Halbraum

2 2 7d~ L4 = Lp - 10 19 2 1t II = Ll - 10 Ig S;; [dB]

fUr den Vollraum wird statt 21t der Wert 41t eingesetzt.

3.2. Abstrahlung aus einer runden KanalOffnung mit dem Radius r in den freien Halbraum

11 d L4 = La - 20 Ig - [ B] . r


4. Allgemein

Abstrahlung in einen Vollraum mit Richtwirkung

L = Lp + 10 19 (4! 12 - ~) [dB] (s. Abb. 521).

q Richtungsfaktor definiert als Schallpegel an einem Raumpunkt bei gerichteter Schallabstrahlung zum Schallpegel im gleichen Raumpunkt bei kugelformiger Abstrahlung einer Schallquelle gleicher Leistung. Fiir Kugelstrahler ist der Richtungsfaktor q = 1. In Abb. 519 und Abb. 520 sind diese Zusammenhange dargestellt. (Literatur S. 526 [6]).

10 8

..,..C ~~ ..:.:: ~ 3 ~2 <;;:'1,5

1 10 8 C

~~ ~3 <l:! 1iz <>:'1,5

-r-! 3

Zlo-

_p-~

.1-fo-zv

....... I'

j-

r-,...

fo-,...... , .......

1/ a

~ V -~ V

11 1.5 2 3 5 7 101 1,5 2 J 5 7 1tJ3 lSHzm J frequenz· tiin!/e

_/ :b

Abb. li19a u. b. Richtfaktor als Funktion des Produktes aus Frequenz und Quadratwurzel der Schallaustrittsfliiche (nach BERANEK). a) Abstrahlwinkel 45°; b) Abstrahlwinkel 0° bei Gitter·

anordnung nach Abb. 520

fl,#eranoronungen Abb.520.

1m Abb. 521 verlaufen die Kurven L - Lp bei kleinen Entfernungen von der Schallquelle. (innerhalb des Hallradius) parallel zur Kurve "freies Feld" mit 6 dB AbfaH pro Entfernungsverdopplung, bei groBen

163. Schallausbreitung 507

Entfernungen von der Schallquelle verIaufen sie parallel zur Abszisse, der Schallpegel nimmt mit wachsender Entfernung nicht mehr abo Fur einen Kugelstrahler q = 1 und fUr das freie Feld ergibt sich

L = Lp - 10 19 41t 12 [dB] .

Absfand /Ion der SeM//que//e 1002 0,3 Olf a. 08 1 Z 31f 6'810 20 30 IfO co m 100

f dB .....," 0

RalJmabsorpfion 1 m2 Sabin

~ 2

t-..: 5 10

r-;;: )... ZO

~ t--: SO 100

I "'" S "- ZOO

Ii -....; ~ ;;;: 500 1000

I ...... 1-- 2000m2Sabin I ............

Ii I / f'.t.... Ii freies feld r-...... I I r---

-co t--... ""- f'.. ~ ~ f'... ....... i" ~ ~

I:::--. J'... t-. ~ ~ ~ r-.... ~ f::s: ~

elf b. J2 '-

~~ t-. i'....: ~ ~ ~ ~ ~I::-., ~ 11i -:.: 't; 8 ~ If

-<:: :s Z c>:: 1

~ ~ l',," ~ "'-~

I:::--. " 1'::::: ~ ~~ "'- " ~ '" 1::::t';:5 f'::"

~ ~ "'-I"': ~ ~ ~ ~ ~I§ i 1"'- I" l'-" 10: t::::~ f'::~~ t"~ r'-.... "'-~ '" ~t" o,Z 8,3 0.'1 0,6 0,8 1 2 Jif 6'810 20 30 90 co m 100

Absfand von der Scha//qlJelle Abb.521. Unterschied zwischen Schalleistungspegel und Schalldruckpegelim Raum in Abhitngigkeit von Raumabsorption, Abstand von der Schallquelle und Richtungscharakteristik der Schall

quelle

D. Abstrah1ung aus einem Raum mit der Wandfliiche Sw und dem Schalldammafi R' ohne Richtwirkung

8 1t l2 L6 = Lm - R' - 10 19 Sw 2,

A21tn = Lp - R' - 10 19 ----S;-'

V l2 = Lp - R' - 10 19 T S~ [dB] .

1m Nahfeld vor einer Wand:

l2 fUr -S :<::::: 0,25 . w-

L7 R; Lm - R' - 6 [dB] ,

Bei einem Gebaude ist die Dachflache in Sw voll zu berucksichtigen. (Abb. 518).


6. Ab8ckattung durck Wande, Gebaude oder Gelandeerkebungen

Befindet sich zwischen Schallsender und Immissionsort ein Hindernis, an dem der Schall reflektiert oder abgebeugt wird, so ist der am Immissionsort einfallende Schallpegel LSeh niedriger als der bei ungehinderter Schallausbreitung eintreffende Schallpegel Ld • Hierfiir laBt sich ein AbschirmmaB Ks definieren, um das sich der Schallpegel am Immissionsort vermindert nach

Ks = Ld - Lsch [dB] .

In Abb. 522 ist das AbschirmmaBKs in Abhangigkeit der Frequenz und der geometrischen Zusammenhange dargestellt. In der Praxis· wird das nach Abb. 522 ermittelte AbschirmmaB durch Reflexion an anderen Flachen und durch geometrische Einfliisse oft nicht erreicht, es iiberschreitet selten den Wert von 10 dB.

H { Seholl.rcnirm SeMl/que//e 11~~~~--~------~ \'0;.~ Empfin§ar

R 0

ScI!irmwerf r = 1fii4jii' -N + 1f041ii'-° m Z1 Zz

R,O,H inm ~r-'--'--~~--.--.--.--' dB

~to

~ ~ 1~ .~

~ ~ 10

S

0 31,5

Abb. 522. Pegelminderung durch Abschirmungswirkung

7. Luftab8orption

Durch Anregung der Luftmolekiile tritt eine zusatzliche Langsdampfung ein, die erst bei Frequenzen iiber 1000 Hz nennenswerte Betrage von mehr als 1 dB/100 m erreicht. Sie ist von der relativen Luftfeuchte abhangig und nimmt bei hohen Frequenzen mit zunehmender Temperatur abo

164. Schallpegelabnahmen im Kanalsystem 509

8. Ab8orption durch Griinflachen

Auch durch GriinfHichen tritt eine zusatzliche Langsdampfung auf, hierfiir konnen naherungsweise folgende Pegelabnahmen in Oktavschritten eingesetzt werden.

Tabelle22

Gewachsart 250 500 1000 2000 4000 Hz

Kiefernschonung 0,1 0,1 0,12 0,16 0,16 Fichtenwald 0,1 0,12 0,12 0,12 0,16 dichter Laubwald 0,03 0,06 0,09 0,13 0,18 dichte Hecken 0,13 0,2 0,25 0,3 0,4

Lit.: MEISTER, F. J., RUBRBERG, W.: Larmbekampfung 1959, 5-11.

164. Schallpegelabnahmen im Kanalsystem

dB/m dBJm dB/m dB/m

Diinnwandige Kanale absorbieren einen Teil der Schallenergie, ein weiterer Teil wird durch mangelnde Schalldammung nach auBen abgestrahlt. Die hierdurch sich ergebende Langsdampfung ist vom Ver-

20 dB

1S

s

10 dB

I 8 '" '" §'~G ~~* ~~ 13 ~2 t;;c:...

D = 10.19 (~~)Z [dB]

IJI I

~ A1~ "\

"" V

°o,os 0.1 0.2 o.s 1 2 3 S 7 10 ........ V

RuerschnilfsrerlliiHnis m- A2/A, Abb. 523. Dlimpfung beim einfachen Querschnlttssprung

D-101g [1+ (f(m-,})Sin Z1 l fj[dB] fo-/r [Hz] a - Scho//geschwindigkeif

m-Ar/Az j

: F=l .m-1S

_A1L..i.r A1 ~ " 11\ V -..!( 1\ /i\

/ ",- .... "Z ..... ,\ "J:-v.. /' ./ ..• /' ".. I'( l\\ hi'

/' ........ V ./' V ... r.....t 1\ ~ ::::..- -::: ~ " ~ ~\ .... ........ ........... 1--'""""---- ........ o

0.1

...... 0.2 0.3 lJ,~ 4& D,8 1

, 2

Ye~immung fifo Abb. 524.Dlimpfung beim doppelten Querschnittssprung.

(Statt A,IA. lies A.IA,)


haltnis Umfang zur Querschnittsflache und von der Lange des Kanalsystems abhangig.

An Einbauten, Umlenkecken, Querschnittsspriingen und freien AustrittsOffnungen treten Reflexionen zur Larmquelle hin auf.

10 dB 9

8 ~ ~ ~ ~ c ~ ~s ~ ~~ ~ ~J ~

1\ 1\ \ \

1\

\

~

~ ~ k! '\ ~ ~

I\. '" ,3 "- .......... i'....

I'\. "r--.,.. ....... i'....

'<l " 1\ ~ "r\. .......... i'....

~2 1

o

e- fu -s; ~

1'-.. fullk=1 ~

I I ..........

i'.... 0,1 o,Z 0,3 o,~ 0,5 0.. 0,7 0,8 0,9 1,0'

m,'=fu/lrfh -

fu =f(analquerscllfllH yor der flerzweigung Elk-Summe aller Teilkanalquerschnilfe hnfer

der flerzweigung

Abb. ~25. Differenz der Schalleistungspegel an einer Kanalverzweigung, berechnet fUr den Teilkanal mit dem Querschnltt Ah.

z. dB

8. 22 ~. 20

§' 18 11. ~ ~1'f

~ 12 t::

ii 10 ~ 8 -.; ~ G

'I

2 o

1\

1\

1\

1\ ~

-

5

(Statt F lies A)

Kanalende - I-1\ 1 im Raum

N 2 in Wand - I-

-..; 3 an Kanle - 1-

rs -.z 1\ If in [eke - 1-

~ 1\ -, \ 'to '\ ~ 1\ \. rd\

\ i\

'" '\ r-.. r-..r-.. ...... t--.::::::---10 20 so 100 Hzm20O'

Frequenz·Aus/oBflache

Abb. 526. Schalleistungspege!senkung infolge Reflexion am offenen Kanalende fiir verschiedene Lagen des Auslasses 1m Ranm

164. Schallpegelabnahmen im Kanalsystem 511

Hierdurch wird die Schallausbreitung im Kanalsystem wesentlich vermindert, was bei der Abschatzung des Immissionswertes beriicksichtigt werden muB.

Diese frequenzabhangigen Pegelabsenkungen zeigen die Abb.523 bis 526.

In den Tabellen 23 und 24 sind Richtwerte fUr die Dampfung in geraden und runden Stahlblechkanalen und an rechteckigen und runden Umlenkungen angegeben.

Tabelle 23. Diimpfung gerader Stahlblechkaniile

Kanalabmessung Dampfung in [dB/m] bei Frequenz [Hz]

37,5-75 75-150' 150'-30'0' 30'0'-60'0' iiber 60'0'

Rechteckige Stahl-blechkanale 75- 20'0' mm 0',6 0',6 0',45 0',3 0',3

20'0'- 40'0' mm 0',6 0',6 0',45 0',3 0',2 40'0'- 80'0' mm 0',6 0',6 0',3 0',15 0',15 80'0'-160'0' mm 0',45 0',3 0',15 0',1 0',0'6

Runde Kanale 75- 2O'O'mm 0 0',1 0',1 0',15 0',15 0',3

20'0'- 40'0' mm 0 0',0'6 0',1 0',1 0',15 0',2 40'0'- 80'0 mm 0 0',0'3 0',0'6 0',0'6 0',1 0',15 80'0'-160'0' mm 0 0',0'3 0',0'3 0',0'3 0',0'6 0',0'6

Tabelle 24. Angeniiherte Dampfung runder Umlenkungen (Bogen, llohrkrummer) in dB

Durchmesser Mittenfrequenz [Hz] [mm]

125 250' 50'0' 100'0' 20'0'0 40'0'0' 80'0'0'

125 bis 250' 0' ()' 0' 1 2 3 3 280' bis 500 0' 0' 1 2 3 3 3 530' bis 1000' 0 1 2 3 3 3 3

1050' bis 20'0'0' 1 2 3 3 3 3 3

~//:"" /' ,/ ,~,

, " / ,

<f>-

Abb.527

512 XX. Larmminderung an Ventilatoren und lufttechnischen Anlagen

Tabelle 25. Diimpjung reekteekiger U mlenkungen (K nie) ohne Leit8ehaujeln in dB

Mittenfrequenz [Hz]

125 250 500 1000 2000 4000 8000

Ohne Auskleidung Kanalbreite 125mm 6 8 4 3

250mm 6 8 4 3 3 5000mm 6 8 4 3 3 3 lOOOmm 6 8 4 3 3 3 3

Auskleidung vor dem Knie1

Kanalbreire 125mm 6 8 6 8 250mm 6 8 6 8 11 500mm 6 8 6 8 11 11

loo0mm 6 8 6 8 H 11 11

Auskleidung hinter dem Knie1

Kanalbreite 125mm 7 11 10 10 250mm 7 11 10 10 10 500mm 7 11 10 10 10 10

1000mm 7 11 10 10 10 10 10

Auskleidung vor und hinter dem Knie1

Kanalbreite 125mm 7 12 14 16 250mm 7 12 14 16 18 500mm 7 12 14 16 18 18

1000mm 7 12 14 16 18 18 18

Lange der Auskleidung mindestens 2mal Kanalbreite; Starke der Auskleidung 10% der Kanalbreite.

165. Schalldiimpfer

tJber die an Ventilatoren angeschlossenen Rohrleitungen und Kaniile breiten sich auch die Ventilatorgerausche aus und treten an den freien Ansaug- oder Ausblaseoffnungen ins Freie oder werden von den Oberflachen der Rohrleitungen und Kanale abgestrahlt. Schalldampfer haben die Aufgabe, die Schallausbreitung im Leitungssystem abzusenken, ohne den Mediumtransport zu unterbinden.

Nach ihrer physikalischen Wirkungsweise werden die Schalldampfer in Reflexionsschalldampfer und Absorptionsschalldampfer unterteilt.

Bei Reflexionsschalldampfern wird der Schall zur Larmquelle hin reflektiert, bei Absorptionsschalldampfern durch Reibungsverluste im porosen Schluckstoff in Warme umgewandelt. Die Dampfung der Schalldampfer ist frequenzabhiingig, wobei die Dampfung De als Funk-

165. Schalldampfer

tion der Frequenz nach

De = Lo - Lm [dB]

als Einfiigungsdampfung angegeben' wird.

513

Lo der Schallpegel ohne und Lm der Schallpegel mit Schalldiimpfer am gleichen Ort hinter dem Schalldampfer.

Neben der Einftigungsdampfung wird die Durchgangsdampfung Dd zu

Dd = 10 19 Pv/Ph = Lv - Lh + K [dB]

angegeben, wobei

P v Schalleistung vor dem Schalldampfer, Ph Schalleistung hinter dem Schalldampfer, Lv Schallpegel vor dem Schalldampfer, Lh Schallpegel hinter dem Schalldampfer, K Korrekturwert zur Beriicksichtigung der Pegelerhohung durch Reflexion

bedeuten. Der Korrekturwert K kann unter anderem ermittelt werden mit Hilfe

einer Hilfsschallquelle bekannter Schalleistung Lp [dB re 10-12 W], die unmittelbar hinter dem Schalldampfer aufgestellt und neben der im Abstand von einer Kanalbreite der Schallpegel L gemessen wird zu

K = Lp - L - 10 19 S [dB], wobei

S [m2] der Kanalquerschnitt in der MeBebene bedeutet.

1. Reflexion8schalldampjer

Durch Reflexionsschalldampfer wird ein erheblicher Teil der ankommenden Schallenergie in einem bestimmten Frequenzbereich zur Larmquelle reflektiert. Der'innere Aufbau besteht aus Querschnittssprtingen, abgestimmten Rohrleitungslangen, Umlenkungen, Reihenund Abzweigresonatoren. Hierdurch bedingt ergeben sich fiir die Stromung relativ hohe Druckverluste im Vergleich zu Absorptionsschalldampfern, so daB ihr Einsatz zur Dampfung von Ventilatorgerauschen stark eingeschrankt wird.

In der VDI-Richtlinie VDI 2567 "Schallschutz durch Schalldampfer" sind genauere Angaben tiber den Aufbau und die Einsatzmoglichkeit von Reflexionsschalldampfern angegeben.

2. Absorptionsschalldampjer

Werden im Inneren eines Kanals die Wande mit porosen Schall-. schluckstoffen belegt, so ftihrt der Schalldruck zu einer wandnormalen Schallschnelle (Wechselgeschwindigkeit der Luftmolekiile) so daB durch Reibungsverluste im Schluckstoff Schallenergie in Warme umgewandelt wird. Dieser Effekt ist um so wirksamer, je groBer bei vorgegebenem


Kanalquerschnitt der schallschluckend ausgekleidete Umfang, je langer die ausgekleidete Kanalstrecke und je hoher der Schallabsorptionsgrad der schallschluckenden Auskleidung im interessierenden Frequenzbereich ist.

GroBe freie Querschnitte fUr das durchstromende Medium lassen sich durch Parallelschaltung mehrerer schallschluckend ausgekleideter Teilquerschnitte bilden. Absorptionsschalldampfer besitzen daher im Vergleich zu anderen Schalldampferarten relativ niedrigere Stromungswiderstande, die durch Reibungsverluste an den Wanden des freien Querschnittes und durch StoBverluste bei der Anpassung an das Leitungssystem und bei der Aufteilung und Zusammenfiihrung der Teilquerschnitte des Schalldampfers gebildet werden. Die Dampfungswirkung ist frequenzabhangig und kann durch den Aufbau der schallabsorbierenden Flachen beeinfluBt werden.

Nicht abgestimmte Absorptionsschalldampfer bestehcn meist aus parallel zueinander angeordneten schallabsorbierenden Kulissen, so daB zwischen den Kulissen schmale, schallgedampfte Kanale entstehen. Die Kulissen sind mit schallschluckendem Material gefUllt (meist Mineralwolle), das zum Luftstrom hin ausreichend stabil und akustisch transparent abzudecken ist. HierfUr werden je nach Verwendungszweck abriebfest impragnierte Mineralfaserstoffplatten, Lochbleche oder Drahtgewebe benutzt.

Die Dampfung nicht abgestimmter Absorptionsschalldampfer kann nach der Pieningschen Formel abgeschatzt werden.

U D = 1,5 8 l8 [dB].

U Em] schallschluckend ausgekleideter Kanalumfang, S [m2] freie Querschnittsflache,

1 Em] Dampferlange Em], 8 Schallabsorptionsgrad der Auskleidung bei senkrechtem Schalleinfall

(s. DIN 52215).

Die Dampfung steigt also mit wachsendem Umfang zum Querschnittsverhaltnis, mit der Lange und der Hohe des Schallabsorptionsgrades. Ein Kanal mit Kreisquerschnitt stellt die ungiinstigste Querschnittsform dar, weil hierbei das Verhaltnis Umfang zur Flache am kleinsten ist. Giinstig ist ein schmaler Rechteckkanal. Die Kanalbreite muB dabei kleiner als die halbe Wellenlange sein, da sonst die Welle durch den Kanal durchstrahlen kann, ohne die schallabsorbierenden Wandflachen zu beaufschlagen. Urn dieses zu vermeiden, wird daher meist der Gesamtquerschnitt in mehrere parallel zueinander angeordnete Teilquerschnitte aufgegliedert oder der Kanal wird zickzackformig abgewinkelt.

165. Schalldampfer 515

Zur bevorzugten Dampfung von schmalbandigen Gerauschen oder Einzeltonen sowie von sehr tiefen Frequenzen, flir die beim Einsatz nicht abgestimmter Absorptionsschalldampfer sehr dicke schallschluckende Packungen verwendet werden miiBten, werden haufig abgestimmte Absorptionsschalldampfer benutzt.

Beim Kammerschalldampfer werden in den schallabsorbierenden Kulissen dicht hintereinander quer zur Schallausbreitungsrichtung Querschotten so angeordnet, daB Kammern entstehen, die zum Kanalinneren hin akustisch transparent und ganz oder teilweise mit Schallschluckstoff gefiillt sind. Bei der Frequenz (und deren ungradzahligen Vielfachen), deren 1/4-Wellenlange ungefahr der Kammertiefe entspricht, wird eine sehr hohe Dampfungswirkung erreicht.

Beim Resonanz-Absorptions-Schalldampfer mit HELMHoLz-Resonatoren werden durch Querschotten gebildete Kammern zum Kanalinnerenhin durch perforierte Platten, z. B. Lochblech bestimmt,er Dicke und bestimmter Lochanordnung, abgedeckt. Das Luftvolumen in der Kammer, das ganz oder teilweise mit porosem Schluckstoff geflillt seill kann, wirkt wie eine Feder, die Luft in den Lochern der Abdeckung wie eine Masse, so daB hierdurch ein Resonanzsystem gebildet wird, bei deren Frequenz die Schallenergie in hohem MaBe absorbiert wird.

Bei. Resonanz-Absorptions-Schalldampfern mit Plattenresonatoren werden durch Querschotten gebildete Kammern zum Kanalinneren hin durch schallundurchlassige schwingungsfahige Platten abgedeckt. Das Luftpolster in den Kammern, die ganz oder teilweise mit Schallschluckstoff gefiillt sein konnen, wirkt wie eine Feder, die Platten als Masse, so daB ein Resonanz-System gebildet wird, bei dessen Resonanzfrequenz die Schallenergie bevorzugt ab&Orbiert wird.

Weitere Angaben uber den Aufbau und Einsatz von Schalldampfern konnen den VDI-Richtlinien VDI 2567 "Schallschutz durch Schalldampfer" und VDI 2081 "Larmminderung bei liiftungstechnischen Anlagen" entnommen werden.

Abb.528 zeigt einen Absorptionsschalldampfer mit einem freien Querschnitt aus 2 schmalen, schallgedampften Kanalen, wie er vorwiegend fur Klima- und Luftungsanlagen verwendet wi.rd.

Ein Absorptionsschalldampfer in runder Form, wie er zum Einbau in runde Rohrleitungen gewahlt wird, ist in Abb. 529 dargestellt.

Abb.530 zeigt einen Absorptionsschalldampfer mit abgewinkelter Kanalfiihrung, urn die Durchstrahlung hoher Frequenzen zu vermindern.

In Abb. 531 sind SchallschutzmaBnahmen bei einer ausgefuhrten Anlage eines Strahlsaugzugs schematisch dargestellt. Das Axialgeblase einschlieBlich Motor steht in einem Gebiiude mit massiven


Wanden. Das Dach wird durch eine demontierbare, schalldammende und zum Gebaude hin schallabsorbierend ausgekleidete Abdeckung aus Stahlblech geschlossen, damit bei eventuellen Reparaturen Maschinenteile ausgebaut werden konnen. An beiden Langswanden sind Kanalstiicke angeschlossen, in die schallabsorbierende Kulissen als Ansaugschalldampfer eingebaut sind.

Abb. 528. Schalldampfer flir eine Liiftungsanlage

Abb. 529. SchaUdampfer zum Einbau in eine Rohrleitnng.

Firma Oskar Gerber

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Abb. 530, Ansaugschalldampfer in Kulissenform zur Absorption hoher Frequenzen.

Firma Oskar Gerber

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A bb. 531. SchallschutzmaBnahmen filr einen Strahlsaugzug. Firma Oskar Gerber


Die Zeichnung eines Absorptionsschalldampfers zum Aufsetzen auf den Diffusor eines Grubenliifters ist in Abb. 532 wiedergegeben.

Den Diffusor mit aufgesetztem Absorptionsschalldampfer eines Grubenliifters axialer Bauart zeigt Abb.429. Der AuBenmantel des Absorptionsschalldampfers und der Blechdiffusor sind mit einer schalldammenden Ummantelung versehen, urn die Larmabstrahlung dieser Blechflachen abzudammen. Bei einem Betondiffusor ist eine schalldammende Ummantelung nicht notwendig.

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Abb. 532. Absorptionsschalldi1mpfer zum Aufsetzen auf den Diffusor eines Gruben

Wfters. Firma Oskar Gerber

Abb . 533. HallptgrubenlUfter radialer Bauart. Bauart ECK-Bltttner. Schall

damp!er entbehrllch

Abb. 533 zeigt einen Hauptgrubenliifter l'adialer Bauart, Bauart Eck-Biittner, bei dem SchallschutzmaBnahmen in der Regel nicht notwendig sind, da seine Hauptstorfrequenzen im tieffrequenten Gebiet liegen, die beim Messen des A-Schallpegels entsprechend der A-Bewertungskurve (Abb. 513) niedriger bewertet werden als mitteloder hochfrequente Storgerausche, wie sie meist von Axialventilatoren erzeugt werden.

Auf Abb. 534 ist ein Ansaugschalldampfer eines doppelseitig saugenden Radialventilators zu sehen, die schallabsorbierenden Kulissen sind hier scheibenformig angeordnet. Durch Verbindung der beiden inneren Scheib en mit einer schalldammenden Platte ist das Liiftergehause gleichzeitig gekapselt.


Abb.534. Ansaugschalldiimpfer eines doppelseitlg saugenden Radial-Ventilators. Firma Oskar Gerber

2.1. EinfluB der Stromung auf die Diimpfung

Bei Schallausbreitung in Stromungsrichtung (Zuluftschalldiimpfer) verschlechtert sich die Diim'pfung (abnehmende Energiedichte), bei Schallausbreitung gegen die Stromungsrichtung (Abluftschalldiimpfer) verbessert sich die Diimpfung (zunehmende Energiedichte) nach folgenden Beziehungen.

Bei normalen Schallintensitiiten, d. h. Wechseldruck ist klein gegenuber dem statischen Druck

1 D = Do 1 ± Ma [dB].

D Dampfung bei Striimung, Do Dampfung ohne Striimung,

Striimungsgeschwindigkeit Ma Machzahl = S h II h· d· k . , c a gesc wm 19 elt + SchaIIausbreitung in Striimungsrichtung,

SchaIIausbreitung gegen Striimungsrichtung.

3. Erreichbare Dampfungswerte, Anordnung der Schalldampfer

Durch unvermeidliche Schallnebenwege (Korperschalliingsleitung, Flankenubertragung) sind die max. Dampfungswerte eines Schalldiimpfers mit Stahlblechmantel auf ca. 40 dB beschriinkt.

Mussen hohere Diimpfungswerte erreicht werden, so sind mehrere Schalldiimpfer entkoppelt hintereinander anzuordnen.

Bei Luftungsanlagen mit sehr niedrigem Grenzwert in den zu bcluftenden Riiumen wird hiiufig ein "Primarschalldampfer" unmittelbar hinter den Ventilatoren in das Leitungssystem eingebaut, ein "Sekundiirschalldiimpfer", der mit niedriger Stromungsgeschwindigkeit durchfahren werden muB, wird am Ende des Leitungssystems eingebaut. Hierdurch kann im Leitungssystem zwischen den beiden Schalldiimpfern mit relativ hoher Stromungsgeschwindigkeit gefahren werden, da die hierdurch entstehenden zusiitzlichen Stromungsgeriiusche im Sekundiirschalldiimpfer abgebaut werden.

Der Einbauort ist so zu wiihlen, daB laute Raumgeriiusche von auBen nicht in den Schalldiimpfer, insbesondere auf seiner leisen Seite, einstrahlen konnen; d. h. Schalldiimpfer sollten moglichst nicht in den


lauten Maschinenraumen eingebaut werden. 1st dieses baulich nicht moglich, so miissen zur Verhinderung dieser Einstrahlung die Schalldampfer und die anschlieBenden leisen Kanalstiicke mit einer schalldammenden Ummantelung versehen werden.

4. Stromungsgerausche in Kaniilen und Schalldiimpfern

Die Stromungsgeschwindigkeit in Kanii.Ien und Schalldampfern wird neben dem max. zulassigem Druckverlust durch die Stromungsgerausche begrenzt, um den geforderten Grenzwert nicht zu iiberschreiten oder die Dampfungswirkung der Schalldampfer nicht zu verschlechtern. Dieses muB besonders bei Schalldampfern fiir Liiftungs- und Klimaanlagen beachtet werden.

Der Schalleistungspegel Lp [dB re 10-12 W] kann abgeschatzt werden nach

Lp = 10 + 50 19 v + 10 19 Sk [dB] , wobei

v die Stromungsgeschwindigkeit [m/s] in der Querschnittsfliiche Sk [m2]. bedeuten.

Den Schalleistungspegel in Oktavschritten erhalt man, indem man von dem Gesamtschalleistungspegel die Werte abzieht:

i[Hz]

[dB]

63

-4 125 250 500 1000 2000 4000 8000 -5,5 -6,5 -7,5 -8,5 -10 -13 -21

Bei dieser Frequenzverteilung laBt sich der A-Schalleistungspegel berechnen nach

LpA = 6 + 50 19 v + 10 19 Sk [dB] .

Die Schallpegel der Stromungsgerausche sind nach Ziff.lO, S. 502, zu den sonstigen Gerauschen der Anlage zu addieren.

5. Berechnung der notwendigen Einfugungsdiimpfung eines Schalldampfers

1st das Schallsprektrum LOD eines Storgerausches in Terz- oder Oktavschritten am Immissionsort bekannt, sowie der zulassige Schall pegel L. in dB (A), so kann die Einfiigungsdampfung De errechnet werden nach

De ~ LOD - L. + 10 19 Z + k(f) [dB] ,

z Anzahl der Terz- oder Oktavschritte, innerhalb der De gro/3er als 0 ist.

In der Regel kann gerechnet werden: mit 30 Terzschritten von 25 bis 20000 Hz, dann ist 10 19 30 ~ 15 dB,

mit 10 Oktavschriften von 31,5-16000 Hz, dann ist 10lg 10 = 10 dB.

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166. Dammung des Luft- und Korperschalls 521

Die Werte des Korrekturfaktors k(t) ent.sprecben den Werten der Bewertungskurve fiir A Scballpegel nach DIN 45633, Blatt 1, und konnen aus Tabelle 26 entnommen werden.

Tabelle 26

k(f) k(f) k(f)

Frequenz KurveA Frequenz KurveA Frequenz KurveA [Hz] [dB] [Hz] [dB] [Hz] [dB]

10 -70,5 160 -13,3 2500 1,3 12,5 -63,4 200 -10,8 3150 1,2 16 -56,7 250 8,6 4000 1,0 20 -50,4 315 6,6 5000 0,6 25 -44,7 400 4,8 6300 -0,1 31,5 -39,2 500 3,2 8000 -1,1 40 -34,6 630 1,9 10000 -2,4 50 -30,2 800 0,8 12500 -4,3 63 -26,1 1000 0 16000 -6,5 80 -22,4 1250 0,6 20000 -9,2

100 -19,1 1600 1,0 125 -16,0 2000 1,2

166. Dammung des von Ventilatorgehausen und KaniIen iibertragenen Luft· und Korpersehalls

Nach theoretischen und me13technischen Untersuchungen ist die von Maschinen erzeugte Korperschalleistung von der gleichen Gro-13enordnung wie die Luftschalleistung. Der Korperschall wird dabei vorwiegend iiber sein Fundament in die angrenzenden Bauteile iibertragen, wobei etwa 1 % der erzeugten Korperschalleistung wieder als Luftschall abgestrahlt wird. Vorausgesetzt, da13 keine Korperschalldampfenden Belege (Antidrohnung von BIechen) und keine schwingungs- und korperschallisolierte Griindung angewendet wurden. Daher iiberwiegt die Korperschalliibertragung am Immissionsort stets dann, wenn die Luftschalldammung zwischen Aufstellungsort der Maschine und den Immissionsort gro13er als 20-30 dB und die Korperschallabnahme, wie in normalen Bauten ublich, relativ klein ist.

Daher miissen zur Erzielung einer hohen Gerauschabsenkung der Luftschall- und der Korperschall gedammt werden.

1. Luftsckalldammung

Zur Dammung von luftschallabstrahlenden Ventilator- oder Schalldampfergehausen sowie Kanalen oder sonstigen larmabstrahlenden Fliichen sind diese mit einer schalldammenden Ummantelung zu versehElD. Diese besteht aus einer zweiten biegeweichen unporosen Schale, die ganzflachig in einem bestimmten Minimalabstand um die zu um-


mantelnden Fliichen zu legen ist. Ais Abstandshalter und zur Diimpfung wird der Zwischenraum mit Mineralfaserstoffmatten ausgefiillt. Der Aufbau entspricht einer Doppelwand, zu deren Dimensionierung die Formeln nach DIN 4109 zu verwenden sind.

Fur demontierbare Ummantelungen werden meist als iiuBere Schale dunne verzinkte Stahlbleche oder Aluminiumbleche verwendet, die nach innen zu mit einem fest auf dem Blech haftenden, schalldiimmenden und antidrohnenden, biegeweichen Spachtelmantel belegt sind. Fliichengewichte von ca. 50 kpjm2 sind hierdurch erreichbar.

Fur nicht demontierbare Ummantelungen konnen als iiuBere Schale Spachtelschichten aus Gips oder Mortel verwendet werden oder man benutzt Gipskarton, Zementasbest oder iihnliche Platten. Der Abstand zwischen ,den zu ummantelnden Fliichen und der iiuBeren Schale betriigt je nach Frequenzbereich ca. 5-20 cm.

Die iiuBere Schale darf an keinem Punkt eine mechanisch starre Verbindung zur ummantelnden Fliiche besitzen, urn Korperschallubertragung zu vermeiden. Sind groBe Fliichen schalldiimmend zu ummanteln und kann die iiuBere Schale nicht allein auf Mineralfaserstoffmatten aufgelagert werden, so sind elastische Abstandshalter in Form von weichen Federbugeln oder in Form von Gummielementen einzuschalten.

Wichtig ist, daB die gesamte liirmabstrahlende Fliiche mit der schalldammenden Ummantelung versehen wird. Wird 1 % der liirmabstrahlenden Fliiche nicht ummantelt, so liegt die max. erreichbare Diimmung auch bei Verwendung einer Ummantelung mit hohem SchalldiimmaB unter 20 dB, wird 10% der schallabstrahlenden Fliiche nicht ummantelt, so liegt die erreichbare SchaIldiimmung unter 10 dB. Da in der Regel aus baulichen Grunden nicht aIle liirmabstrahlenden Fliichen mit einer schalldiimmenden Ummantelung versehen werden konnen, liegt die in der Praxis erreichbare Dammung meist zwischen 10 und 20 dB.

Sollen die abzudiimmenden Anlagen leicht zugiinglich sein oder von auBen beliiftet werden konnen, so sind sie unter eine schalldiimmende Haube zu setzen, deren Diimmung nach

1 LlLk = R - 10 19- [dB]

8

berechnet werden kann, wobei R das SchalldiimmaB des Wandaufbaues (Ziff.7, S. 500: und 8 der Absorptionsgrad (Ziff. 9, S. 501) bedeuten.

Das Innere der Haube ist schallabsorbierend auszukleiden, ohne sie wurde der Schalldruckpegel so hoch ansteigen, daB nur eine sehr geringe Diimmung zu erreichen wiire.

166. Dammung des Luft- und Korperschalls 523

Nicht mit SchaUdampfern versehene Offnungen in der Haube vermindern die Dammung sehr stark, was nach

8k L1Lo = 10 19 80 [dB]

errechnet werden kann, wobei Sk [m2] die Oberflache der Haube und So [m2] die Oberflache der Offnungen bedeutet.

Ublicherweise werden schalldammende Hauben meist auf einer Stahlprofilunterkonstruktion aufgebaut und nach tl.uBen hin mit dunnen, biegeweichen Blechplatten beplankt, die nach innen zu mit einem schalldammenden und antidr6hnenden, biegeweichen Spachtelmantel belegt sind. Die sich zur Larmquelle hin anschlieBende schaUabsorbierende Auskleidung besteht meist aus Mineralwollmatten, die mit Lochblechen oder Drahtgeweben und einem Rieselschutz akustisch transparent abgedeckt sind. Die Starke und der Aufbau der schallabsorbierenden Auskleidung richtet sich nach dem zu dammenden Frequenz bereich. Wellendurchfiihrungen, Rohrleitungsdurchfiihrungen, Zu- und AbluftOffnungen sind mit Schlitzdampfungen oder mit Schalldampfern zu versehen. Beobachtungsfenster, Klappen oder Turen mussen das gleiche SchalldammaB wie der Wandaufbau der Haube besitzen und sind dicht einzubauen.

Die Haube soUte auf dem FuBboden auf umlaufenden Gummiprofilen stehen, hierdurch wird eine einwandfreie Abdichtung bei gleichzeitiger K6rperschallisolierung gegeniiber den im FuBboden befindlichen Schwingungen erreicht.

Zur Erzielung eines sehr hohen Schalldamn::aBes werden Hauben auch doppelschalig nach Ziff. 1.8.2 aufgebaut. Damit eine Schalldammung von mehr als 20 d:B erreicht wird, ist es meist notwendig, die unter der Haube angeordneten Maschinen korperschallgedammt aufzustellen (s. Ziff. 2, S. 523).

2. Schwingungs- und Korperschalldiimmung

Bei starrer Aufstellung von Maschinen werden die Dnwuchtskrafte und der K6rperschall uber die starr mit dem Untergrund verbundene Standflache ubertragen und regen den Untergru~d und die angrenzenden Wande zu Schwingungen an. Zur Verminderung dieser Ubertragung werden die Maschinen, als Masse wirkend, auf eine federnde Unterlage gestellt, so daB hierdurch ein schwingungsfahiges Gebilde mit der vertikalen Eigenfrequenz 10 (auch Grundungsfrequenz genannt) gebildet wird. Die vertikale Eigenfrequenz einer elastischen Aufstellung kann nach der Uberschlagsformel

5 10 = v-; [Hz]

524 xx. Larmminderung an Ventilatoren und luftteehnisehen Anlagen

berechnet werden, wobei

10 [Hz] die Resonanzfrequenz und x [em] die Einfederung der Federelementen naeh Belastung durch das abzu·

federnde Gewieht

bedeuten. Eine Dammung tritt nur auf, wenn die Storfrequenz f [Hz] hoher

liegt als die Resonanzfrequenz fo. Es HiBt sich ein Isolierwirkungsgrad

F St - FF A2 - 2 'rJ = F St = A2 _ 1 100 [%]

mit

f A=-, 10

F st Stiirkraft, FF von der Federung iibertragene Stiirrestkraft

definieren, der angibt, wieviel Prozent der vorhandenen Unwuchtskraft nicht mehr auf den Untergrund einwirken.

Abb. 535 zeigt diese Zusammenhange, die auch fUr den Korper. schall bereich gelten. Hierbei wird jedoch meist das logarithmische

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Abb. 535. Kriifteverhiiltnis FFIFst in Abhiingigkcit vom Abstimmungsverhiiltnis fifo unter Berilck· sichtigung der Diimpfung

166. Diimmung des Luft- und K6rperschalls

MaB als KorperschalIdammung nach

F st D = 20 19 1'; = 20 19 (A2-1) [dB]

angegeben.

525

Von der Storrestkraft der Federung FF wird in den Untergrund eine Schwingleistung (Korperschalleistung) eingeleitet, deren Wert bei konstanter Storrestkraft mit wachsender Masse des Untergrundes absinkt. Es ist daher wichtig, unter den Federn eine moglichst groBe Masse, die als Sperrmasse wirkt, anzuordnen. Durch eine abzufedernde Zusatzmasse wird bei konstantem Abstimmungsverhaltnis A die Schwingungsamplitude der elastisch gegrtindeten Maschine reduziert (was in der Regel bei Maschinen mit groBen freien Massenkraften notwendig ist), eine Reduzierung der St6rrestkraft FF wird hierdurch nicht bewirkt. Ventilatoren mit meist relativ geringen Unwuchtskraften konnen daher in der Regel ohne Zusatzmasse mit Hilfe von Federn oder Gummielementen schwingungs- und korperschallisoliert aufgelagert werden, wobei unter den Federn oder Gummielementen, besonders bei Aufstellung auf GeschoBdecken, eine moglichst groBe Masse angeordnet werden solIte.

Zur Schwingungs- und korperschallgedammten Aufstellung von Ventilatoren werden bei niedrigen Drehzahlen Federisolatoren mit eingebauten Stahlwendelfedern unter dem Grundrahmen symmetrisch zur vertikalen Schwerlinie angeordnet, wobei zur Verbesserung der Korperschalldammung unter den Federelementen weiche Gummiplatten anzuordnen sind. Bei schnellerlaufenden Ventilatoren sind Gummimetallelemente als "Federn" hervorragend geeignet.

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Naturkork, ¥Omm. hoch 8elasfung' o'Skg/cm2

Gummiwarzenplalfe DVM 80, Belastufl!1' O,Skglcm!

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PreBkork, .fmm. hoc/l

15 30 00 130 350 500 1000Hz3000 Belastung,o.Jkrr/crrC Ff'equenz

Abb.536. Korperschalldiimpfung Yon Stoffedern

526 XXI. Kurze tibersicht

Bei Ventilatoren mit sehr niedriger Drehzahl und geringen Unwuchs tkriiften, bei denen nur eine korperschall gedammte Aufstellung notwendig ist, konnen hierftir neben Gummielementen Stoffedern verwendet werden. Abb.536 zeigt den Frequenzgang der Korperschalldiimmung von verschiedenen Stoffedern bei longitudinaler Anregung und den in der Praxis tiblichen Belastungen. Auch Kaniile mtissen besonders bei Klimaanlagen hiiufig korperschalldiimmend aufgelagert oder abgehiingt werden. Es gentigt nicht, die Kaniile elastisch tiber eine Segeltuchmanschette mit dem Ventilator zu verbinden, da durch den Luftschall die Kanalwiinde zu Schwingungen angeregt werden. Die Federn sind immer an einer moglichst groBen Masse, die als Sperrmasse wirkt, zu befestigen.

Schwierige Grtindungsberechnungen, die in allen 6 Freiheitsgraden durchgefUhrt werden mtissen, sollte man einem Fachmann tiberlassen.

Literatur CREMER, L.: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik, Bd. III,

Leipzig: S. Hirzel 1950. CREMER, L., HECRL, M.,: Korperschall, Berlin/Heidelberg/New York: Springer

1967. GERBER,O.: Schallausbreitung in einem rechteckigen Luftkanal. Acustica 3,

1953. KURTZE, G.: Physik und Technik dar Larmbekampfung, Karlsruhe: G.

Braun 1964. SCHMiDT, H.: Schalltechnisches Taschenbuch, Diisseldorf: VDI-Verlag 1968. VDI-Richtlinie 2081: Larmminderung bei liiftungstechnischen Anlagen. VDI-Richtlinie 2567: Schallschutz durch Schalldampfer. VDI-Richtlinie 2571: Schallabstrahlung von Industriebauten.

H. Festigkeitsberechnungen

XXI. Kurze tJbersicht

167. Grundlagen

Die Beanspruchung der Laufriider durch Fliehkriifte verdient bei der Dimensionierung einige Aufmerksamkeit. Wir sind hierbei in der glucklichen Lage, ziemlich zuverliissige Berechnungen angeben zu konnen, die einigen Anspruchen gerecht werden. 1m folgenden soll eine knappe Darstellung gegeben werden, die das Wesentliche und fUr den Ingenieur Notwendige hervorhebt.

Der frei rotierende Ring. Wir betrachten nach Abb. 537 einen dunnen Ring, der mit eim:r Umfangsgeschwindigkeit u rotiert, und fragen nach den Spannungen, die durch die Zentrifugalkriifte verursacht wer-

Ventilatoren || Schallerzeugung und Schalldämpfung von Ventilatoranlagen

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