VDI 3727 Blatt 1-1984 Noise control by means of damping of structure-borne noise physical fundamentals and estimating procedures.pdf

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1、DK 628.517.2; 534.833.4534-16 : 534.283.2 : 534.286.2351.77.078.3 : 614.1 : 613.644 (083.132) VDI-RICHTLINIEN Februar 1984VEREINDEUTSCHERINGENIEURESchallschutz durch KrperschalldmpfungPhysikalische Grundlagenund AbschtzungsverfahrenVDI 3727Blatt 1Noise control by means of damping of structure-borne

2、noise.Physical fundamentals and estimating proceduresI nhalt SeiteVorbemerkung 21 Zweck und Anwendung 22 Begriffe, Zeichen, Einheiten 23 Allgemeine Zusammenhnge 23.1 Krperschall 23 .2 Anregung von Krperschall 333 Ab Strahlung von Krper schall 53 .4 Dmpfung von KrperschaU 53.5 Abschtzung der voraussi

3、chtlichen Luftschallpegelminderung 63.6 Praktisches Vorgehen zur Bestimmung der Wirksamkeit 73 .7 Auswirkungen auf Luftschalldmmung und Verschiebung derBiegeweUengrenzfrequenz 104 Dmpfung durch einschichtige Entdrhnungsbelge 114.1 Wirkungsweise 114.2 Einflu von Temperatur und Frequenz auf den Verlus

4、tfaktordes Belagmaterials 114.3 Verlustfaktor dg fr Blech plus Belag 125 Dmpfung durch Verbundsysteme 135.1 Aufbau und Wirkungsweise 135.2. Verlustfaktor dg 136 Dmpfung durch Schwingungsabsorber 146.1 Aufbau und Wirkungsweise 146.2 Abschtzung der Wirksamkeit 15Schrifttum 15Anhang A Beispiel zur Best

5、immung der Wirksamkeit 17AI Aufgabenstellung 17A2 Abschtzung der Wirksamkeit 17Anhang B Formblatt zur Abschtzung der Wirksamkeit 20VDI-Kommission LrmminderungVDI-Handbuch LrmminderungPreisgr. 1 1B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthSta

6、ndardsCollection - Stand 2016-11- 2 - VDI 3727 Blatt 1Vorbemerkungber die Anwendung krperschalldmpfender Manahmen liegen abgesehen von einzelnen Einsatzbereichen,wie z.B. im Kraftfahrzeugbau, bisher kaum systematische Darstellungen vor. Daher soll mit dieser Richtlinieaus der groen Zahl verschiedene

7、r Beitrge und demFachwissen einiger Anwender ein Hilfsmittel fr die Beurteilung und Durchfhrung dieser Lrmminderungsmanahme bereitgestellt werden.Die Richtlinie erarbeitete der Ausschu Schallschutzdurch Krperschalldmpfung“ (Obmann Dipl.-Ing.H. Gahku, Celle).1 Zweck und AnwendungDie vorHegende Richtl

8、inie soll krperschalldmpfendeManahmen einem greren Kreis von Anwendern nherbringen und ihre Einsatzmglichkeiten im Konstruktionsstadium oder auch bei nachtrglicher Anwendungaufzeigen. Hierbei handelt es sich vorwiegend um eineBeschreibung von Manahmen, welche zustzlich zu denDmpfungseigenschaften ei

9、ner Konstruktion wirksamwerden.Darber hinaus dient sie ganz besonders den folgendenZielsetzungen:Schaffung einer einheitlichen Beurteilungsgmndlagefr den Einsatz verschiedener krperschalldmpfender Manahmen und Beschreibung wesentlicher Einflugren der Krperschalldmpfung.Angabe von Verfahren zur Absch

10、tzung der Wirkungkrperschalldmpfender Manahmen. Die hierzu niedergelegten Hinweise zur Vorhersage der durch krperschalldmpfende Manahmen zu erwartendenLuftschallpegelminderung stellen einen ersten Versuch zur Quantifizierung dar. Die nach dieser Richtlinie ermittelten Werte sind daher nur fr eine gr

11、obeOrientierung geeignet.Vereinheitlichung materialspezifischer Kenndaten frdie Beurteilung und Auswahl verschiedener Materialien.Die Richtlinie besteht aus zwei Teilen. Whrend im vorHegenden Blatt 1 die bergeordneten und mehr theoretisch betrachteten Gesichtspunkte behandelt worden sind,enthlt das

12、Blatt 2 Schallschutz durch Krperschalldmpfung; Anwendungshinweise“ praxisorientierte Hinweise. Hierzu gehren Informationen ber Einsatzmglichkeiten, Materialkenndaten, Ausfhrungsbeispiele undVerarbeitungshinweise .Die Richtlire wendet sich in der Hauptsache an Betriebsingenieure, Angehrige innerbetri

13、ebHcher Planungs- undFertigungsmittelabteilungen, schalltechnische Fachabteilungen bei Maschinen- und Gerteherstellern, Vertreterder Berufsgenossenschaften und Gewerbeaufsichtsmter,schalltechrsche Berater sowie an die Hersteller krperschalldmpfender Materialien.2 Begriffe, Zeichen, Einheiten, Tabell

14、e 1Erklrungen fr allgemeine schalltechnische Grundbegriffe sind in DIN 1320 Akustik, Grundbegriffe“ 21und 17 enthalten. Einige zum Thema dieser Richtliniegehrende spezifische Begriffe finden in den jeweiligenTextteilen, in denen sie angesprochen werden, ihre nhereErluterung. Darberhinaus enthlt DIN

15、53440 Teil 1bis 3 Biegeschwingungsversuch“ 25 Defirtionen frverschiedene in dieser Richtlinie im Zusammenhang mitder Krperschalldmpfung benutzte Begriffe. Begriffeund Megren zur Durchfhrung von Krperschallmessungen sind in DIN 45635 Teil 8 Geruschmessung anMaschinen; Krperschallmessung; Rahmen-Me ve

16、rfahren“ 22 festgelegt.3 Allgemeine Zusammenhnge)3.1 KrperschallAls Krperschall werden in dieser Richtlinie die in festenKrpern auftretenden, mechanischen Schwingungen(Wellen“) im hrbaren Frequenzbereich von 16 bis16000 Hz mit meist sehr kleinen Schwingungsamplitudenbezeichnet.Die Entstehung von Krp

17、erschall kann durch eine Vielzahl von Mechanismen erfolgen:kurzzeitige Schlge und Ste,zeitliche Wechselkrfte (z.B. Unwuchten, Zahnwechselkrfte in Getrieben),rumlich verteilte Krfte (z.B. Anregung durch elektromagnetische Krfte),bewegte zeitlich konstante Krfte (Rollvorgnge),zufllige“ Selbstanregung

18、(z.B. Quietschen vonBremsen).Siehe Bild 1 ; nhere Einzelheiten enthlt 11.Es wird zwischen mehreren Krperschaltwellenarten unterschieden: Longitudinalwellen. Transversalwellen, Dehnwellen, Torsionswellen, Biegewelien, Oberflchenwellen.Bei der Entstehung von Luftschall aus Krperschall unddessen Minder

19、ung sind die Biegewellen von besondererBedeutung. Sofern nicht ausdrcklich genannt, sind daher im folgenden unter Krperschall immer Biegewellenzu verstehen.Fr die ingenieurmige Anwendung dieser Richtlinie sind dieZusammenhnge vereinfacht wiedergegeben. Weitergehende Darstellungen ber die physikalisc

20、hen Gesetzmigkeiten befindensich bei (6; 10; 11; 17a.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 3727 Blatt 1 - 3 -Tabelle 1. Zeichen, Einheiten und ihre BedeutungZeichen Einheit Bedeutung Zeichen Einhei

21、t Bedeutungm Biegeweiienlnge s m Abstand zwischen neutraler Fasero Abstrahigrad und Mitte des Dmpfungsbelageso Abstrahima t TemperaturM Poissonzahl V m/s Krperschallschnellem/s Anregungsschnelleb m bzw.mmm/sBreite0 m/s Bezugswert der KrperschallschnelleSchallgeschwindigkeit in Luft B bzw. B Nm dynam

22、ische Biegesteifigkeit prod Verlustfaktor Breite b einer homogenen Platte bzw.dl _ Verlustfaktor der zu dmpfenden eines homogenen BalkensPlatte ges Nm dynamische Biegesteifigkeit prod2 Verlustfaktor des Dmpfungsmittels Breite b der Gesamtanordnung(z.B. Blech + Belag) maximal bei einer bestimmtenmaxF

23、requenz erreichbarer VerlustfaktorE N/m dynamischer Elastizittsmodul1 N/m dynamischer Elastizittsmodul deropt0_ optimaler Verlustfaktor zu dmpfenden Platte Verlustfaktor einer Konstruktion Fe N Anregungskraftohne zustzliche Dmpfung 2 N/m2 dynamischer Elastizittsmodul desges Verlustfaktor eines Baute

24、ils bzw. Dmpfungsmaterialseiner Konstruktion mit zustzlichaufgebrachter Dmpfung3 N/m2 dynamischer Elastizittsmodul der festenAbdeckung (bei Verbundsystemen)f 1/s Frequenz G N/m SchubmodulAf 1/s Halbwertsbreite der Resonanzkurvebei Messungen nach DIN 53440Teil 1/ bzw. / m bzw.maxiales Flchentrgheitsm

25、oment einerPlatte (pro Breite b) bzw. eines Balkens (um die Achse, um welche dasfc 1/s Cutoff-Frequenz Biegemoment wirkt)9max1/s Biegewellengrenzfrequenz dB Besch leu n ig u ngspegel1/s Frequenz, bei welcher der Verlust dB Schnellepegelfaktor einen Maximalwert aufweist ALk dB Krperschallpegelminderu

26、ng1/s Gipfelfrequenz (Resonanzfrequenz) L dB Luftschallpegelminderungbei Messungen nach DIN 53440 M Nm BiegemomentTeil 1 R dB Schalldmmam bzw. Dicke der zu dmpfenden Platte S m Flche der Plattemm bzw. Tragblechdicke T s Abklingzeit einer Struktur2 m bzw. Dicke des Dmpfungsbelages U m Umfang der Plat

27、temm bzw. der Zwischenschichtm bzw. Dicke der festen Abdeckung W pW, W Krperschalleistung allgemein0mm (bei Verbundsystemen) Z Ns/m Resistanzm kg Masse Ns/m Resistanz des Schwingungsabsorbersm kg/m Masse pro Lnge Ns/m Resistanz an der Erregerstellem“ kg/m Masse pro Flche Ns/m Eigenresistanz der Stru

28、ktur3.2 Anregung von KrperschallIn der Regel erzeugen die vorgenannten Anregungsmechanismen Krperschall durch die Kraftwechselgren F undM, der zunchst in den im Kraftflu liegenden Strukturenoder Bauteilen auftritt und von deren Oberflchen alsLuftschall abgestrahlt wird. Derart entstandener Krperscha

29、ll wird oft als krafterregt bezeichnet.Krafterregter Krperschall regt aber auch angeschlossene,nicht von den Betriebskrften beanspruchte Bauteile zuKrperschallschwingungen an, indem den Befestigungsoder Anschlupunkten ein Schwingweg oder eine Schwinggeschwindigkeit (Schnelle) aufgeprgt wird. So erze

30、ugterKrperschall karm als geschwindigkeitserregt) gekeimzeichnet werden. Dies trifft besonders fr dnne Blechkonstruktionen zu, welche an dickwandigen Bauteilenstarr befestigt sind. In Bild 2 sind die dargestellten Anregungsformen in Art eines Fludiagrammes schematischdargestellt und in Bild 3 ein Be

31、ispiel, bei dem die vorgenannte Nherung zutrifft.Fr die den Krperschallpegel bestimmende mittlereKrperschallschnelle v bei krafterregten homogenen2) Hufig findet auch der Begriff schnelleerregt“ Anwendung.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BES

32、T BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 4 - VDI 3727 Blatt 1/ J ? , Konstruktion, KomponenteBauteil etc.Anregungsmechanismenzzzzzzzz:Luftdruckund SchnelleSchwingungenKrafterregungEinsatzbereichkrperschalldmpfenderBelagsystemedurch Luftschall- durch Krperschallanregung anregungBild 1. Schematisch

33、e Darstellung der Geruschentstehung mitund ohne Beteiligung von Krperschall (nach 5)Bild 2. Schematische Darstellung von krafterregtem undgeschwindigkeitserregtem Krperschall in einer Maschinenstruktur oder einer Konstruktion (nach 5)Platten gilt nherungsweise die Proportionalittsbeziehung 3; 16; 17

34、:-r PI 1 (1)m“ Die Biegesteifigkeit B von Platten ist von ihrem dynamischen Elastizittsmodul und ihrem axialen Flchentrgheitsmoment abhngig:(2)Gesch windigkei tserregungBild 3. Modell einer Maschinenstruktur mit Kraft- und Geschwindigkeitserregung am Beispiel eines Verbrennungsmotors 51 Gehuse2 Kolb

35、en3 Kurbelwelle4 lwanneAnmerkung: Bedeutung von und Z.2 s.Bild 2Gehuse 1 krafterregt, da durch Betriebskraft F beaufschlagt.lwanne 4 geschwindigkeitserregt, da sie am Befestigungsranddie gleichen Schwingungsamplituden ausfhren mu wie dasGehuse. Die Rckwirkung der dnnwandigen lwanne auf dasdickwandig

36、e Gehuse ist vernachlssigbar.Fr die homogene ebene Platte ist:r = (3)12Die Poissonzahl betrgt frMetalle: 0,3Kunststoffe: 0,3 bis 0,4Gueisen: 0 , 1 bis 0 ,2Bei einem homogenen Balken ist in Gl. (1) die Masse proLnge m anstelle von m“ und die Biegesteifigkeit B= EIeinzusetzen. Bei rechteckigen Quersch

37、nitten istI=bhll2 (4)Anmerkung: Bei Profilen kann man das axiale Trgheitsmomentr bzw. / aus einschlgigen Fachbchern des Maschinenbaus entnehmen. Es ist dabei die Trgheitsachse senkrecht zur Kraftein-leitungs- und Ausbreitungsrichtung magebend.Fr die mittlere Schnelle bei geschwindigkeitserregten“hom

38、ogenen Platten, bei denen statt der Erregerkraftdie Erregerschnelle vorgegeben ist, gilt m d (5)Wie aus Gl. (1) und Gl. (5) zu ersehen ist, beeinflussenSteifigkeit und Massenbelegung den mittleren Krperschall bei kraft- und geschwindigkeitserregten Plattenin unterschiedlicher Weise, der Emflu der Dm

39、pfungist in beiden Fllen aber gleich:1/dB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 3727 Blatt 1 - 5 -Der Krperschallpegel einer Maschinenstruktur kann imResomnzfall, d.h. bei bereinstimmung der Anregung

40、sfrequenz mit der Eigenfrequenz der Struktur, stark erhht sein.Die Lage der Eigenfrequenz ist abhngig von den:geometrischen Abmessungen,Materialeigenschaften (Elastizittsmodul undspezifische Masse),Einsparmbedingungen des schwingenden Krpers.3.3 Abstrahlung von KrperschailDer Krperschallpegel ist ni

41、cht allein magebend fr dieGeruschemission. Sie hngt wesentlich auch von der Umsetzung des Krperschalls in Luftschall ab, die durch denAbstrahlgrad a gekennzeichnet wird. Der Abstrahlgradgibt an, in welchem Umfang Krperschall bei den jeweiligen Frequenzen in Luftschall umgesetzt wird. In derPraxis wi

42、rd der Abstrahlgrad meist im logarithmischenMa angegeben und als Abstrahlma a bezeichnet.a=101gadB (6)Der Abstrahlgrad bei Biegewellen ist von den Abmessungen der schallabstrahlenden Flchen und von der Lageder Biegewellengrenzfrequenzen /g) abhngig, Bild 4.Die BiegeweUengrenzfrequenz ergibt sich gem

43、. Gl.(7) zu:/g=dvB-C-Q-10-20-30Pl. 1 1,5 mm1/ 1 / / r1 /i IiPl.2 3 mm / 11/ / /Pl.3 6 mm Pl.4 1/ /I /1 1 / 1 / 1 Pl.4 = 12 mmPl.3 y / y11 1 1f 1 f H / f H1 9,3 h.2 , V/ 1- 1 - 1 1 1 1 1 . . II 1 1 . i r10 2 4 6 8102 2 4 6 8103 2 Hz 4 6 8 10“Frequenz fBild 4. Abstrahima von vier flciiengleichen Platt

44、en(Gre 1000 mm X 700 mm) mit unterschiedlicher Dicke 7Anmerkung: Eine Vergrerung des Umfangs durch Rippen auf U2bei gleicher Flchengre fhrt zu einer Anhebung der gekrmmtverlaufenden Kurvenanteile (unterhalb fg) um 10 Ig 6/2/6/1 ; d.h.bei Verdoppelung steigen Kurven um 3 dB an.Durch Vernderung von mV

45、kann gem. Gl.(7) dieLage der BiegeweUengrenzfrequenz verschoben und somit die Schallabstrahlung verndert werden. Aus Bild 5ist z.B. ersichtlich, da sich mit abnehmender Hattendickedie BiegeweUengrenzfrequenz zu hheren Frequenzen verschiebt und da damit dnnere (biegeweichere) Platten1000080006000Hz40

46、00300020001500g. 1000 800 600I 400I 300.1 20015010080604030 1lei ipsl(arton-. Hartfaseriolattein V ZiegelmauerwerkBeiVton K 5tahKGhas/AluminiunS V ss3 ) Sie wird auch als Koinzidenzfrequenz oder Spuranpassungsfrequenz bezeichnet.1 2 3 4 6 8 10 15 20 30 40 60 80100 mm 300Plattendicke hBild 5. Zusamme

47、nhang zwischen BiegeweUengrenzfrequenz fg undder Plattendicke h fr verschiedene Materialien 17weniger KrperschaU abstrahlen als dicke Platten. Zu beachten ist aber, da dnnere Platten eine grere SchneUeaufweisen und damit hhere KrperschaUpegel erzeugenknnen, s. GL(1).In Ergnzung der Abhngigkeit des A

48、bstrahlgrads ebenerfrei schwingender Platten von den Parametern Werkstoff,Plattendicke, Plattengre ist hei gekrmmten Flcheneine weitere Abhngigkeit von der Form gegeben. DieBiegesteifigkeit B (abhngig vom Krmmungsradius)ist fr gekrmmte Flchen hher; damit liegt die BiegeweUengrenzfrequenz gegenber ebenen Platten niedrigerund der Abstrahlgrad erhht sich unterhalb der Grenzfrequen