DE102006039199B3

DE102006039199B3 - Active noise reduction system for use in e.g. aircraft air conditioning channel, has diaphragm body deformable periodically by piezo unit, where diaphragm body is arranged in flow channel and is surrounded by fluid on both sides

Info

Publication number: DE102006039199B3
Application number: DE200610039199
Authority: DE
Inventors: Peter Bartels; Ingo Dr. Borchers; Michael Dr. Bauer; Ludwig Schauwecker; Jan Wouterse
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-08-23

Abstract

The system has a diaphragm body (3) deformable periodically by a piezo unit (5), where the body is arranged in a flow channel (1). A surface of the body extends in a direction of fluid flow in the flow channel. The diaphragm body is surrounded by the fluid on both sides. The diaphragm body is decoupled relative to vibration by a wall (2) of the flow channel and is formed from an arrangement of flat plates, where the body is formed from metal or plastic.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives Geräuschminderungssystem in einem Fluid durchströmten Strömungskanal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an active noise reduction system in one Fluid flowed through flow channel according to the preamble of Patent claim 1.

Stand der TechnikState of technology

Die Geräuschentstehung in Fluid durchströmten Kanälen, wie beispielsweise von Klimakanälen, Abgaskanälen, etc., ist von unterschiedlicher Natur. Eine Ursache können Turbulenzen oder Pulsationen sein, die sich über das gesamte System fortpflanzen und zu erheblichen Geräuschbelastungen außerhalb der Rohrleitung, beispielsweise im Passagierraum eines Flugzeugs, führen können. Eine weitere Ursache können Aggregate, wie beispielsweise Lüfter, Verdichter, Motoren, etc., sein, die ihre tonalen Geräusche in das Leitungssystem eintragen. Aber auch die breitbandigen Strömungseigengeräusche in der Leitung oder an Einbauten, beispielsweise hinter Ventilen, spielen als Geräuschquelle eine große Rolle. Die Geräusche breiten sich über das gesamte Leitungssystem aus und können so zu einer Geräuschbelastung in der Umgebung führen, indem die Geräusche direkt über die Leitungswände oder an Ein- und Austrittsöffnungen abgestrahlt werden.The noise generation flowed through in fluid channels, such as air conditioning ducts, Exhaust ducts, etc., is of a different nature. One cause can be turbulence or pulsations that are over propagate the entire system and cause significant noise pollution outside the pipeline, for example in the passenger compartment of an airplane, to lead can. Another cause can Aggregates, such as fans, Compressors, motors, etc., which are their tonal noises in enter the pipe system. But also the broadband current noise in the Line or on internals, for example, behind valves, play as a source of noise a big Role. The noises spread over the entire line system and can thus cause a noise pollution lead in the area, by the sounds directly above the conduit walls or at inlet and outlet openings be radiated.

In der Regel sind hierzu passive Maßnahmen zur Geräuschreduzierung in Form von Schalldämpfern erforderlich. Diese verursachen aber häufig unerwünschte hohe Druckverluste, die sich direkt in den Verbrauchs- und Betriebskosten nieder schlagen. Auch beanspruchen sie meist viel Bauraum, der in der Praxis nur selten vorhanden ist.In As a rule, this passive measures to reduce noise in the form of silencers required. However, these often cause undesirable high pressure losses, which are directly reflected in the consumption and operating costs. Also they usually take up a lot of space, in practice only is rare.

Herkömmliche aktive Geräuschdämpfungsmaßnahmen, sogenannte ANC (Active Noise Control) Maßnahmen, verwenden meist wandbündige Lautsprecher/Aktuatoren, die den Gegenschall in den betreffenden Rohrleitungsabschnitt abstrahlen. Als Gegenschall bezeichnet man Sekundärschall, der dem zu vermindernden Primärschallfeld in fest definierter Phasenlage und Amplitudenverhältnis zur Auslöschung durch destruktive Interferenz überlagert wird. Nachteilig ist hierbei, dass auch Schall nach außen abgegeben wird, und dass aus der Wand der Rohrleitung oft größere Flächen ausgeschnitten werden müssen, um so den Schalleintrag zu ermöglichen. Besonders bei aggressiven Medien oder bei Druckleitungen kann dies aber zu Dichtigkeits- bzw. Festigkeitsproblemen führen. Solche Systeme sind außerdem wegen der hohen Masse der Permanentmagnete der Lautsprecher oft schwer und benötigen – ebenso wie passive Systeme – meist viel Bauraum.conventional active noise reduction measures, so-called ANC (Active Noise Control) measures, mostly use wall-mounted speakers / actuators, which radiate the counter sound into the relevant pipe section. When Antinoise refers to secondary sound that is to be reduced Primary sound field in firmly defined phase position and amplitude ratio to extinction by destructive interference is superimposed. The disadvantage here is that sound is emitted to the outside, and that often larger areas are cut out of the wall of the pipeline have to, so as to allow the sound entry. Especially with aggressive media or with pressure lines this can but lead to tightness or strength problems. Such Systems are as well because of the high mass of the permanent magnets of the speakers often hard and need - as well like passive systems - mostly a lot of space.

Die US 5,699,437 A offenbart aktive Geräuschdämpfungsmaßnahmen, sogenannte ANC (Active Noise Control) Maßnahmen, bei denen Sensoren an verschiedenen Orten entsprechende Störsignale erfassen und an eine Regeleinheit weiterleiten. Derartige Sensoren können beispielsweise Mikrophone sein. Die Regeleinheit steuert daraufhin lokale Lautsprecher an, die je nach empfangenem Störsignal Gegenschall bzw. Sekundärschall erzeugen, um die entsprechende Region geräuscharm zu machen.The US 5,699,437 A discloses active noise reduction measures, so-called ANC (Active Noise Control) measures, in which sensors detect at different locations corresponding spurious signals and forward it to a control unit. Such sensors may be microphones, for example. The control unit then controls local loudspeakers, which generate counter sound or secondary sound depending on the interference signal received, in order to make the corresponding region quiet.

Die US 5,845,236 A offenbart ein Hybridsystem zur aktiven und passiven Geräuschdämmung in einem Passagierabteil eines Fahrzeugrumpfes, wie beispielsweise einem Turboprop Flugzeug. Dabei weist das vorgestellte System aktive Geräuschdämpfungsmaßnahmen ANC in Form von Lautsprechern auf, die in entsprechenden Aussparungen der Zellenstruktur, d.h. in der Wanddes Flugzeug rumpfes, über die Flugzeuglänge angeordnet sind. Ferner sind aktive Vibrationsdämpfungsmaßnahmen AVA (Active Vibration Absorber) und eine passive Resonanzdämpfung TVA (Tuned Vibration Absorber) am Rumpf und anderen Strukturbauteilen vorgesehen, um eine Geräuschentwicklung zu vermindern.The US 5,845,236 A discloses a hybrid system for active and passive noise reduction in a passenger compartment of a vehicle body, such as a turboprop aircraft. In this case, the system presented active noise reduction measures ANC in the form of speakers, which are arranged in corresponding recesses of the cell structure, ie in the wall of the aircraft fuselage, over the aircraft length. Further, active vibration damping (AVA) and passive tuned vibration absorber (TVA) are provided on the fuselage and other structural components to reduce noise.

Schließlich offenbart die US 6,564,640 B1 ein Vibrations Management System für eine tragende Außenhaut-Struktur. Dabei wird die Außenhaut-Struktur mit aktiven Elementen, wie beispielsweise Piezo-Elementen versehen. Ferner werden passive Dämpfungselemente vorgesehen. Zwar werden hierdurch die Gewichtsnachteile der bekannten aktiven Geräuschdämmungssysteme vermieden, allerdings ist auch hier ein erheblicher Eingriff in die tragende Zellen- bzw. Wandstruktur vorgesehen. Außerdem wird durch die Verwendung der Struktur auch unerwünschter Schail in Richtung außerhalb der Zelle abgegeben.Finally, the reveals US 6,564,640 B1 a vibration management system for a supporting skin structure. The outer skin structure is provided with active elements, such as piezo elements. Furthermore, passive damping elements are provided. Although this avoids the weight disadvantages of the known active noise insulation systems, however, a considerable engagement in the supporting cell or wall structure is also provided here. In addition, the use of the structure also gives off unwanted shail towards the outside of the cell.

Die DE 199 32 714 A1 offenbart eine aktive Schallreduktionsvorrichtung für rohrförmige luftdurchströmte Vorrichtungen, die als flächenartige helikal angeordnete Membran ausgebildet ist. Die beschriebene Membran wird als Versperrung in den Rohrquerschnitt eingebracht, so dass die Strömung entlang des spiralförmigen Kanals fließt. Auf den Spiralwindungen können Piezoelemente zur Schwingungsanregung angeordnet sein. Ferner kann durch diese Elemente der spiralförmige Strömungsquerschnitt vergrößert oder verkleinert werden. Die hier beschriebene Membran wirkt nicht nur der Schallentwicklung entgegen sondern beeinflusst auch die Strömungsrichtung wesentlich, indem hier ein Drall verliehen wird. Ferner ändert sich das Druckgefälle im Strömungskanal merklich. Da die Membran auch als Strömungsleitfläche dient, werden hier Kräfte eingeleitet, die über eine entsprechende Lagerung in die Wandung des Strömungskanals eingeleitet werden.The DE 199 32 714 A1 discloses an active sound reduction device for tubular air flow devices, which is formed as a sheet-like helically arranged membrane. The described membrane is introduced as an obstruction in the pipe cross section, so that the flow flows along the spiral channel. On the spiral windings piezo elements can be arranged for vibrational excitation. Furthermore, the spiral flow cross-section can be increased or reduced by these elements. The membrane described here not only counteracts the development of sound but also significantly influences the direction of flow by imparting a twist here. Furthermore, the pressure gradient changes noticeably in the flow channel. Since the membrane also serves as a flow guide, forces are introduced here, which are introduced via a corresponding bearing in the wall of the flow channel.

Die DE 694 31 110 T2 beschreibt ein piezoelektrisch angetriebenes Modulatorventil, welches als Versperrung schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung in einem Strömungskanal angeordnet ist. Dabei verursachen die Piezoelemente eine Verformung bzw. Deformation des Modulatorventils. Hierdurch wird die Strömung bzw. das Druckgefälle im Strömungskanal verändert. Die auf das Modulatorventil wirkenden Kräfte werden in die Wandung des Strömungskanals eingeleitet.The DE 694 31 110 T2 describes a piezoe lectrically driven modulator valve, which is arranged as obstruction obliquely or perpendicular to the flow direction in a flow channel. The piezo elements cause a deformation or deformation of the modulator valve. As a result, the flow or the pressure gradient is changed in the flow channel. The forces acting on the modulator valve are introduced into the wall of the flow channel.

Die US 4,947,434 offenbart eine in einem Strömungskanal angeordnete einseitig, nämlich innenseitig umströmte zylinderförmige Membran, die an der Wandung des Strömungskanals gelagert ist. Die Membran ist dabei als nicht tragende Folie ausgeführt, die mit Piezoelementen bestückt ist. Über einen Regelkreis wird die Membranfolie zu akustischen Schwingungen angeregt.The US 4,947,434 discloses a arranged in a flow channel on one side, namely the inside flow around cylindrical membrane which is mounted on the wall of the flow channel. The membrane is designed as a non-supporting foil, which is equipped with piezo elements. Via a control loop, the membrane film is excited to acoustic vibrations.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein aktives Geräusehminderungssystem in Strömungskanälen zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und welches in einfacher Weise auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen einstellbar ist.It Therefore, an object of the present invention is an active noise abatement system in flow channels to disposal to provide, which the above-mentioned disadvantages of the prior Technology avoids and which in a simple way to different Resonant frequencies is adjustable.

Diese Aufgabe wird durch ein aktives Geräuschminderungssystem in einem Strömungskanal mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.These Task is by an active noise reduction system in one Flow channel with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein leichtes, nicht in die Struktur der Rohrleitung eingreifendes Geräuschminderungssystem zur Verfügung gestellt, welches flexibel an unterschiedliche Frequenzen anpassbar ist. Gegenüber passiven Schalldämpfern in Rohrleitungen wird außerdem ein wesentlich geringerer Bauraum benötigt, was zu geringeren Druckverlusten im Rohrleitungssystem führt. Außerdem entstehen keine Dichtigkeits- oder Festigkeitsprobleme, wie sie bei bekannten herkömmlichen aktiven Geräuschdämpfungssystem mit Lautsprechern in den Rohrwandungen häufig auftreten, da im Falle der vorliegenden Erfindung lediglich elektrische Leitungen zur Ansteuerung der Piezoelemente in den Innenraum des Strömungskanals verlegt werden.By the solution according to the invention becomes a lightweight noise reduction system that does not interfere with the structure of the pipeline to disposal which can be flexibly adapted to different frequencies is. Across from passive silencers in pipelines will as well a much smaller space required, resulting in lower pressure losses in the piping system leads. Furthermore no leakage or strength problems arise, as they in known conventional active noise reduction system with speakers in the pipe walls frequently occur, as in the case the present invention, only electrical lines for driving the piezo elements are laid in the interior of the flow channel.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Membrankörper von der Wandung des Strömungskanals schwingungstechnisch entkoppelt ist. Dies verhindert wirkungsvoll die Übertragung von Körperschall nach außerhalb des Strömungskanals. Dies lässt sich durch eine nicht tragende Membranstruktur erreichen, deren Anbindungen an die Wandung des Strömungskanals keine Kräfte überträgt.A advantageous embodiment The present invention provides that the membrane body of the wall of the flow channel vibration technology is decoupled. This effectively prevents the transfer of structure-borne noise outside of the flow channel. This leaves reach through a non-supporting membrane structure whose Connections to the wall of the flow channel transmits no forces.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Membrankörper aus einer Anordnung ebener Platten gebildet ist. Dabei soll als Anordnung auch die Verwendung lediglich einer ebenen Platte verstanden werden. Es können aber auch kreuzförmig, L-förmige, T-förmige oder andere Gebilde zur Anwendung kommen.A further advantageous embodiment of the present invention provides that the membrane body of an arrangement of flat plates is formed. It should as an arrangement also be understood the use of only a flat plate. It can but also cruciform, L-shaped, T-shaped or other structures are used.

Noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Membrankörper aus einer Anordnung elliptischer oder sphärisch ge krümmter Flächen gebildet ist. Dies ermöglicht eine widerstandsarme und strömungsgünstige Gestaltung der Membrankörper.Yet a further advantageous embodiment The present invention provides that the membrane body an array of elliptical or spherical curved surfaces is formed. This allows a Low-resistance and streamlined design the membrane body.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Membrankörper Rohr-in-Rohr-Bauweise ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine geringe Versperrung des durchströmten Rohrquerschnitts realisieren.A particularly advantageous embodiment The present invention provides that the membrane body tube-in-tube construction is trained. This leaves to realize a small obstruction of the flowed through the pipe cross-section.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Membrankörper aus Metall, Kunststoff oder jedem anderen geeigneten Material ausgebildet ist. Insbesondere können hier Aluminium-, Titan-, Kohlefaser- oder Kevlar-Membranen zur Anwendung kommen. Auch sind Membranen aus einer Kombination mehrerer Materialien und aus Sandwich-Verbundbauteilen, beispielsweise Kevlar mit Polyurethankern, je nach Geräuschpegel und Frequenzprofil möglich.A advantageous development of the present invention provides that the membrane body out Metal, plastic or any other suitable material is. In particular, you can here Aluminum, titanium, carbon fiber or Kevlar membranes are used come. Also, membranes are made from a combination of several materials sandwich composite components, for example Kevlar with polyurethane core, depending on the noise level and frequency profile possible.

Noch eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass mehrere Membrankörper in dem Strömungskanal hintereinander angeordnet sind. Durch eine gezielt verteilte Anordnung von Membrankörpern in aufeinander folgenden Sektionen eines Strömungskanals, können besondere Pegelverteilungen erzeugt werden, beispielsweise um spezielle Ausbreitungsmoden zu unterdrücken. Ferner können durch eine entsprechende Anordnung der Membrankörper die geometrischen Gegebenheiten des Strömungskanals berücksichtigt werden, wenn ein komplexer Kanalverlauf vorliegt. Schließlich können durch eine gezielte Anordnung der Membrankörper im Strömungskanal hohe Pegel erzeugt werden, da mehrere Membrankörper akustisch zusammenwirken.Yet an advantageous embodiment The present invention provides that a plurality of membrane body in the flow channel arranged one behind the other. By a purposefully distributed arrangement of membrane bodies in successive sections of a flow channel, can be special Level distributions are generated, for example, special propagation modes to suppress. Furthermore, can by a corresponding arrangement of the membrane body, the geometric conditions of the flow channel considered when there is a complex channel history. Finally, through a targeted arrangement of the membrane body in the flow channel generates high levels because there are several membrane bodies interact acoustically.

Ferner sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass die mehreren Membrankörper getrennt voneinander ansteuerbar sind. So ermöglicht beispielsweise eine zeitlich versetzte Ansteuerung die Erzeugung von durchlaufenden Schallwellen. Durch die koordinierte Ansteuerung unterschiedlich dimensionierter oder positionierter Membranen können unterschiedliche Resonanzfrequenzen gedämpft werden. Durch die Integration einer Regelung mit einem geschlossenen Regelkreis können auch Abweichungen von bekannten Frequenzverläufen „ausgeblendet" werden.Furthermore, an advantageous embodiment of the present invention provides that the plurality of membrane bodies can be controlled separately from one another. For example, a time-offset control allows the generation of continuous sound waves. The coordinated control of differently dimensioned or positioned membranes can have different resonance frequencies are damped. By integrating closed-loop control, deviations from known frequency responses can also be "hidden".

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Piezoelemente flächig auf der Membran angebracht sind. Der Aktuator ist dabei quasi streifenförmig auf die Membran auflaminiert. Die Verformung ist hier senkrecht zu der Polarisierungsrichtung des elektrischen Felds. Die durch die Piezoelemente verursachte periodische Verformung der Membran führt zu einer Schallabstrahlung der Membran. Durch entsprechende Dimensionierung der Membran kann der gesamte hörbare Frequenzbereich genutzt werden. Die Piezoelemente können dabei aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) basierendem Keramikmaterial hergestellt sein.A particularly advantageous embodiment The present invention provides that the piezoelectric elements surface on the membrane are attached. The actuator is almost strip-like on the Membrane laminated. The deformation is here perpendicular to the polarization direction of the electric field. The caused by the piezo elements periodic deformation of the membrane leads to a sound radiation the membrane. By appropriate dimensioning of the membrane can the entire audible Frequency range are used. The piezo elements can do this made of lead zirconate titanate (PZT) based ceramic material be.

Schließlich sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass die Piezoelemente als Stapelaktuatoren oder mit Hebelmechanismen ausgebildet sind. Durch besondere geometrische Anordnung oder weitere Mechanismen, kann der Membranhub und somit der nutzbare Schalldruckpegel noch verstärkt werden. Im Falle von Stapelaktuatoren bestehen diese aus einem Stapel von Piezo-Keramikscheiben, die durch dünne Metallelektroden voneinander getrennt sind. Die maximale Betriebsspannung wird dabei durch die Scheibendicke definiert. Ferner soll noch ein federvorgespannter Aktuatortyp erwähnt sein, der insbesondere für hohe Zugspannungen geeignet ist. Auch röhrenförmige Piezoelemente können wirkungsvoll in erfindungsgemäßen Membranen zur Anwendung kommen.Finally sees an advantageous embodiment the present invention that the piezoelectric elements as Stapelaktuatoren or are formed with lever mechanisms. By special geometric Arrangement or other mechanisms, the diaphragm stroke and thus the usable sound pressure level can be increased. In the case of stack actuators These consist of a stack of piezo ceramic discs, which through thin metal electrodes are separated from each other. The maximum operating voltage is thereby defined by the slice thickness. Furthermore, should still a spring-biased Actuator type mentioned especially for high tensile stresses is suitable. Also, tubular piezoelectric elements can be effective in membranes of the invention come into use.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments and with reference explained in more detail in the accompanying drawings.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer abstrahlenden Membran, die als einzelnes Blech ausgebildet ist; 1 shows a schematic representation of a radiating membrane, which is formed as a single sheet;

2 zeigt eine schematische Darstellung einer abstrahlenden Membran, die als gekreuztes Blech ausgebildet ist; 2 shows a schematic representation of a radiating membrane, which is formed as a crossed plate;

3 zeigt eine schematische Darstellung einer abstrahlenden Membran, die als elliptische Membran mit vertikaler Anregung ausgebildet ist; 3 shows a schematic representation of a radiating membrane, which is designed as an elliptical membrane with vertical excitation;

4 zeigt eine schematische Darstellung einer abstrahlenden Membran, die als elliptische Membran mit horizontaler Anregung ausgebildet ist; 4 shows a schematic representation of a radiating membrane, which is formed as an elliptical membrane with horizontal excitation;

5 zeigt eine schematische Darstellung einer abstrahlenden Membran, die als Rohr im Rohr ausgebildet ist; 5 shows a schematic representation of a radiating membrane, which is designed as a tube in the tube;

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von in Reihe geschalteten Aktuatoren in einem gekrümmten Rohr; 6 shows a schematic representation of an arrangement of series-connected actuators in a curved tube;

7 zeigt eine schematische Darstellung der Pegelverstärkung an der Stelle X durch Hintereinanderschaltung mehrerer Aktuatoren; und 7 shows a schematic representation of the level gain at the point X by connecting several actuators in series; and

8 zeigt eine schematische Darstellung der Erzeugung einer durchlaufenden Schallwelle durch zeitlich versetzte Ansteuerung der Aktuatoren. 8th shows a schematic representation of the generation of a continuous sound wave by staggered control of the actuators.

Nachfolgend werden gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.following become the same or similar components provided with the same reference numerals.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Beispielhafte Ausgestaltungen von Piezoelementen 5 und Membranen 3 sind in den 1 bis 5 dargestellt. Darin ist jeweils ein schematischer Schnitt durch einen kreisförmigen Strömungskanal 1 dargestellt, der von einem Fluid durchströmt wird. Die Rohrwandung 2 des kreisförmigen Strömungskanals 1 ist in den vorliegenden Ausführungsbeispielen als tragende Struktur aus Metallblech hergestellt.Exemplary embodiments of piezo elements 5 and membranes 3 are in the 1 to 5 shown. This is in each case a schematic section through a circular flow channel 1 represented, which is traversed by a fluid. The pipe wall 2 of the circular flow channel 1 is made in the present embodiments as a supporting structure of sheet metal.

In 1 ist eine rechteckförmige abstrahlende Membran 3 gezeigt, die als einzelnes Blech aus Aluminium ausgebildet ist. Die nicht tragende Membran 3 ist dabei horizontal mittig im kreisförmigen Strömungskanal 1 angeordnet und an beider Enden in Membranlagern 4 aufgenommen. Durch die Membranlager 4 sind nicht gezeigte Kabel zur Ansteuerung der Piezoelemente 5 hindurchgeführt. Die Membranlager 4 sind dabei schwingungstechnisch von der Rohrwandung 2 entkoppelt um Schwingungsübertragung durch Körperschall zu vermeiden. Die rechteckförmige Membran ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit beidseitig auflaminierten Piezoelementen versehen, welche die Membran in die gewünschte Schwingung versetzen.In 1 is a rectangular radiating membrane 3 shown formed as a single sheet of aluminum. The non-supporting membrane 3 is horizontally centered in the circular flow channel 1 arranged and at both ends in membrane bearings 4 added. Through the membrane bearings 4 are not shown cable for controlling the piezo elements 5 passed. The membrane bearings 4 are vibration technology of the pipe wall 2 decoupled to avoid vibration transmission through structure-borne noise. The rectangular membrane is according to the embodiment 1 provided with laminated on both sides piezo elements, which put the membrane in the desired vibration.

In 2 ist eine Anordnung von rechteckförmigen Membranen 3 gezeigt, die als gekreuzte Bleche ausgebildet sind. Auch hier sind die Piezoelemente 5 an den Außenseiten der Membranen 3 auflaminiert. Alle Membranen sind von schwin gungstechnisch entkoppelten Membranlagern 4 an der tragenden Rohrwandung 2 rechts, links, oben und unten befestigt.In 2 is an arrangement of rectangular membranes 3 shown, which are formed as crossed plates. Again, the piezo elements 5 on the outsides of the membranes 3 laminated. All membranes are of vibrationally decoupled membrane bearings 4 on the supporting pipe wall 2 attached to the right, left, up and down.

3 zeigt eine elliptische Membran 3 aus Titan in einem Strömungskanal 1. Die elliptische Membran 3 wird dabei von einem röhrenförmigen Piezoelement 5 mit vertikaler Anregung zur Schwingung angeregt. Das Piezoelemente 5 arbeitet hierbei aufgrund des transversalen piezoelektrischen Effekts, d.h. wenn Spannung zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des Piezoelements angelegt wird, dann zieht sich das röhrenförmige Piezoelement in axialer Richtung, d.h. senkrecht zur Sehne der Ellipse zusammen. 3 shows an elliptical membrane 3 made of titanium in a flow channel 1 , The elliptical membrane 3 is doing of a tubular piezoelectric element 5 excited to vibrate with vertical excitation. The piezo elements 5 works here due to the transverse piezoelectric effect, ie when voltage is applied between the inner diameter and the outer diameter of the piezo element, then the tubular piezo element contracts in the axial direction, ie perpendicular to the chord of the ellipse.

4 zeigt eine weitere Darstellung einer abstrahlenden elliptischen Membran 3 in einem Fluid durchströmten Strömungskanal 1 mit horizontaler Anregung. Dabei ist das Piezoelement 5 innerhalb der Membran 3 entlang der Sehne der Ellipse angeordnet. Auch hier ist die schwingungstechnisch entkoppelte Membranlagerung 4 der nicht tragenden Membran 3 rechts und links an der tragenden Rohrwandung 2 schematisch dargestellt. 4 shows a further illustration of a radiating elliptical membrane 3 flow channel through which fluid flows 1 with horizontal excitation. Here is the piezo element 5 within the membrane 3 arranged along the chord of the ellipse. Again, the vibrationally decoupled membrane storage 4 the non-bearing membrane 3 right and left on the supporting pipe wall 2 shown schematically.

5 zeigt einen Strömungskanal 1 mit einer Membran 3 in Rohr-in-Rohr-Bauweise. Dabei ist ein aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestelltes Rohr konzentrisch in den kreisrunden Strömungsquerschnitt eingebracht. Die Lagerung erfolgt durch drei als Pylonen ausgebildete Membranlager 4, die über nicht dargestellte elastomere Dämpfer schwingungstechnisch entkoppelt an der Rohrwandung 2 befestigt sind. Auf die Außenseite der rohrfömigen Membran 3 sind streifenförmige Piezoelemente 5 auflaminiert. 5 shows a flow channel 1 with a membrane 3 in tube-in-tube construction. In this case, a tube made of carbon fiber reinforced plastic is introduced concentrically into the circular flow cross section. The storage is carried out by three trained as pylons membrane bearings 4 , the vibrationally decoupled via not shown elastomeric damper on the pipe wall 2 are attached. On the outside of the rohrfömigen membrane 3 are strip-shaped piezo elements 5 laminated.

Eine spezielle Anordnung von Piezoelement 5 und Membran 3 wird so abgestimmt, dass durch eine periodische Anregung der Membran 3 durch das Piezoelement 5 ein Schallfeld innerhalb des Strömungskanals 1 erzeugt wird, welches sich dem zu reduzierenden Schallfeld innerhalb des Kanals überlagert. Durch entsprechende Einstellung von Amplitude und Phase führt die Überlagerung beider Schallfelder insgesamt zu einer Reduzierung des Schallpegels im Strömungskanal und somit auch zu einer Reduzierung des nach außen abgestrahlten Schalls. Dies können sowohl tonale Komponenten als auch breitbandige Geräusche sein. Die Membran 3 wird dabei durch ein Piezoelement 5 periodisch angeregt, was zu Schwingungen des umgebenden Mediums innerhalb des Strömungskanals 4 führt.A special arrangement of piezo element 5 and membrane 3 is tuned so that by a periodic excitation of the membrane 3 through the piezo element 5 a sound field within the flow channel 1 is generated, which is superimposed on the sound field to be reduced within the channel. By appropriate adjustment of amplitude and phase, the superimposition of both sound fields leads overall to a reduction of the sound level in the flow channel and thus also to a reduction of the radiated sound to the outside. These can be both tonal components and broadband sounds. The membrane 3 is doing by a piezoelectric element 5 periodically excited, causing oscillations of the surrounding medium within the flow channel 4 leads.

Im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Lösungen, wird die zur ANC verwendete Gegenschallquelle bei der vorliegenden Erfindung innerhalb des Rohres montiert und bildet kein tragendes Strukturteil. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine geringe Querschnittsfläche im Vergleich zum Rohrdurchmesser, d.h. durch eine geringe geometrische Versperrung aus und bietet daher die Möglichkeit, die entstehenden Druckverluste Δp trotz der internen Montage sehr gering zu halten.in the Contrary to the solutions described in the prior art, is used for the ANC counter-noise source in the present Invention mounted inside the tube and forms no bearing Structural part. The solution according to the invention is characterized characterized by a small cross-sectional area compared to the pipe diameter, i.e. through a low geometric obstruction and offers hence the possibility the resulting pressure losses Δp despite the internal assembly to keep very low.

Form und geometrische Abmessungen der Membran 3, sowie das verwendete Material bestimmen den Frequenzgang, in dem der aus Membran 3 und Piezoelement 5 gebildete Aktuator betrieben werden kann. Der erzielbare Membranhub bestimmt dabei unmittelbar den erreichbaren maximalen Schallpegel des einzelnen Aktuators und wird im wesentlichen durch die Piezoeigenschaften eingestellt. Der Membranhub ist aber auch durch die Anbindung der Membran 3 an das Piezoelement 5, beispielsweise über zusätzliche mechanische Hebel beeinflussbar.Shape and geometric dimensions of the membrane 3 , as well as the material used determine the frequency response in which the membrane 3 and piezoelectric element 5 formed actuator can be operated. The achievable diaphragm stroke directly determines the achievable maximum sound level of the individual actuator and is essentially set by the piezoelectric properties. The membrane stroke is also due to the connection of the membrane 3 to the piezoelectric element 5 , For example, influenced by additional mechanical levers.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von in Reihe geschalteten Membranen 3 in einem als gekrümmtes Rohr ausgeführtem Strömungskanal 1. 6 shows a schematic representation of an array of membranes connected in series 3 in a flow channel designed as a curved tube 1 ,

Durch eine gezielt verteilte Anordnung von mit Piezoelementen 5 ausgestatteten Membranen 3, den so genannten Aktuator, in aufeinanderfolgenden Sektionen eines Strömungskanals 1, können besondere Pegelverteilungen erzeugt werden, beispielsweise um spezielle Ausbreitungsmoden zu unterdrücken. Ferner können durch eine entsprechende Anordnung der Aktuatoren, die geometrischen Gegebenheiten des Strömungskanals 1 berücksichtigt werden, wenn ein komplexer Kanalverlauf vorliegt.By a purposefully distributed arrangement of piezo elements 5 equipped membranes 3 , the so-called actuator, in successive sections of a flow channel 1 , special level distributions can be generated, for example, to suppress special propagation modes. Furthermore, by a corresponding arrangement of the actuators, the geometric conditions of the flow channel 1 taken into account when a complex channel is present.

Schließlich können durch eine gezielte Anordnung der Aktuatoren im Strömungskanal 1 hohe Pegel erzeugt werden, da mehrere Aktuatoren akustisch zusammenwirken, wie in 7 schematisch dargestellt.Finally, by a targeted arrangement of the actuators in the flow channel 1 high levels are generated because several actuators interact acoustically, as in 7 shown schematically.

Besonders angeordnete Gruppen von Membranen 3 mit Piezoelementen 5, können koordiniert angesteuert werden. Da tieffrequente Schallwellen sich durch Wellenlängen auszeichnen, die größer als der Rohrdurchmesser sind, können sie sich nur entlang der Rohrachse ausbreiten. So kann beispielsweise durch zeitlich versetzte Aktivierung eine durchlaufende, tieffrequente Gegenschallwelle erzeugt werden, wie in 8 schematisch gezeigt. Ebenso lassen sich bei entsprechender Anordnung und Ansteuerung unterschiedliche, besonders störende Ausbreitungsmoden gezielt reduzieren.Specially arranged groups of membranes 3 with piezo elements 5 , can be controlled in a coordinated way. Since low-frequency sound waves are characterized by wavelengths that are larger than the pipe diameter, they can only propagate along the pipe axis. Thus, for example, by temporally offset activation, a continuous, low-frequency counter-sound wave can be generated, as in 8th shown schematically. Likewise, with a corresponding arrangement and control, different, particularly disturbing propagation modes can be purposefully reduced.

Durch die versetzte Anordnung der aus Membran 3 und Piezoelement 5 gebildeten Aktuatoren ergibt sich ein Laufzeitunterschied Δt = d/c. Unter der Annahme, dass Δt = T ≈ 2π, ergibt sich die bei der Ansteuerung einzustellende Phasenverschiebung zu ΔΦ = (2π d)/(T c) = ω(d/c) = 2π f(d/c). Sie ist somit von der Frequenz f, dem Abstand der beiden Aktuatoren d und der Ausbreitungsgeschwindigkeit c abhängig.Due to the staggered arrangement of the membrane 3 and piezoelectric element 5 formed actuators results in a delay difference .DELTA.t = d / c. Assuming that Δt = T ≈ 2π, the phase shift to be set during the control results in ΔΦ = (2πd) / (Tc) = ω (d / c) = 2πf (d / c). It is thus dependent on the frequency f, the distance between the two actuators d and the propagation velocity c.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which of the illustrated Solution makes use even in fundamentally different versions.

11: Strömungskanalflow channel
22: Rohrwandungpipe wall
33: Membranmembrane
44: Membranlagerdiaphragm support
55: Piezoelementpiezo element

Claims

Active noise reduction system in a fluid flow through the flow channel, wherein at least one of piezo elements ( 5 ) periodically deformable and adjustable to different frequency profiles non-supporting membrane body ( 3 ) in the flow channel ( 1 ) is arranged, the surface of which extends substantially in the flow direction, characterized in that the membrane body ( 3 ) is surrounded on both sides by the fluid.

Active noise reduction system according to claim 1, characterized in that the membrane body ( 3 ) from the wall ( 2 ) of the flow channel ( 1 ) is decoupled vibration technology.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane body ( 3 ) is formed from an array of flat plates.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane body ( 3 ) is formed from an array of elliptical or spherically curved surfaces.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane body ( 3 ) Tube-in-tube construction is formed.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane body ( 3 ) is formed of metal, plastic or any other suitable material.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of membrane bodies ( 3 ) in the flow channel ( 1 ) are arranged one behind the other.

Active noise reduction system according to claim 7, characterized in that the plurality of membrane bodies ( 3 ) are controlled separately from each other.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo elements ( 5 ) flat on the membrane ( 3 ) are mounted.

Active noise reduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo elements ( 5 ) are designed as Stapelaktuatoren or provided with lever mechanisms.