DE2527700C2

DE2527700C2 - Dreischichtige, geräuschvermindernde Plattenkonstruktion

Info

Publication number: DE2527700C2
Application number: DE2527700A
Authority: DE
Inventors: Tibor Dr. Budapest Kolya
Original assignee: AUTOIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST HU
Current assignee: AUTOIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST HU
Priority date: 1975-06-21
Filing date: 1975-06-21
Publication date: 1984-05-03
Also published as: DE2527700A1

Description

Die Erfindung betrifft eine dreischichtige, geräuschvermindernde Plattenkonstruktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die häufigsten Quellen der Geräuscherzeugung sind hochsteife Platten oder Rippen, die durch ihre Koinzidenz gerade im hörbaren SchaUbereich die besten Schallstrahler sein können. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik sind zahlreiche Materialien bekannt, mit denen schwingungserregte Platten beschichtet werden können, wodurch die Schwingungsbzw. Geräuschabstrahlung von den Platten bedeutend vermindert werden kann. Solche Beschichtungsmaterialien sind normalerweise plastische Materialien auf Kunststoffbasis, die sich in fester Verbindung mit den Platten mit diesen zusammen bewegen und durch ihre auch mechanisch weichen Materialeigenschaften die Energie der Wellenbewegung der Platte verzehren bzw. in Wärme umsetzen. Solche Ausführungsformen sind z. B. in den DE-PS 14 75 062 und 12 68 992 beschrieben.

Ferner sind dreischichtige geräuschvermindernde Verbundplatten der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art bekannt (DE-Z Industrie-Anzeiger, 97. Jg., Nr. 28 vom 4.4. 1975, S. 541-544), bei welchen die Kunststoffschicht zwischen den beiden Deckplatten mit diesen verklebt ist. Die Dämpfungseigenschaften solcher Verbundplatten beruhen auf ReIaxionsvorgängen in der Kunststoffschicht, wobei die eingeleitete Schallenergie in Wärme umgewandelt wird. Die Verbindung der Plattenränder durch Punktschweißen, Nahtschweißen, Nieten oder Schrauben hat den Zweck, den Zusammenhalt der Deckplatten zu gewährleisten und ein Aufklaffen ihrer Ränder zu verhindern. Sonstige Körpcrschallbrücken in Form von starren Verbindungen der beiden Deckplatten sollen jedoch nach Möglichkeit vermieden werden, um den zur Geräuschverminderung führenden akustischen Doppelwandeffekt nicht zu verringern (DE-Z Lärmbekämpfung, Heft 5/6, Oktober/Dezember 1973, S. 97-103). Allerdings bieten extrem hochgedämpfte Verbundbleche den Vorteil, daß Körperschallbrücken zwischen d?n Deckplatten nicht stören, weil bei einer derartig hohen Dämpfung· die über die Brücken auf eine Deckplatte gelangenden freien Biegewellen so stark gedämpft sind, daß es zur Ausbildung störender Resonanzschwingungen aufgrund von Mehrfachreflexionen nicht kommt (Sonderdruck aus DE-Z Schiff und Hafen, Jg. 23, Heft 4, April 1971, S. 285-290).

Auch die vorteilhafte schwingungstechnische Wirkung von aus lose aneinanderliegenden Einzelplatten aufgebauten Doppelplatten ist bekannt, welche aus der Reibung der Einzelplatten aneinander folgt.

Zeitgemäße geräuschtechnische Forschungen und molekularakustische Prüfungen haben gezeigt, daß die Geräuschverminderung bei Platten einerseits durch die Erhöhung der inneren Hysteresis — die mit der Verlustziffer ausdrückbar ist — und andererseits durch die Steigerung der die Hysteresis ebenfalls beeinflussenden Randverluste verstärkt werden kann. Die Steigerung der Randverluste ist schon an und für sich wirksam, da die Dämpfung der Schwindungsamplitude am Rande der Platte bzw. der Wände am meisten wirksam ist, weil die Schwingungsamplitude an den Rändern die größte ist.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, bei einer dreischichtigen Plattenkonstruktion der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art die auf der einen Deckplatte angeregten Schwingungen derart transformiert auf die andere Deckplatte zu übertragen, daß sie sich auf dieser ganz oder teilweise auslöschen.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs erreicht.

Durch die Erfindung werden die Biegeschwingungen der durch Körper- oder Luftschall erregten einen Deckplatte über die Schallbrücken derart auf die andere, abstrahlende Deckplatte übertragen, daß sie dort in Kreiswellen umgewandelt sind, die durch gegenseitige Interferenz zwischen den von benachbarten Schallbrücken ausgehenden Kreiswellen gedämpft und möglichst ausgelöscht werden. Die zwischen die Deckplatte eingelegte Kunststoffolie dient zwischen den Schallbrücken als Abstandshalter, damit die Verteilung der Schallbrücken zur Erhöhung der Verlustziffer herangezogen werden kann und der Interferenzdämpfungsmechanismus nicht durch ungewollte Schallbrücken gestört wird. Die Anzahl der Schallbrücken soll allerdings nicht so groß sein, daß dadurch der resultierende Wärmeübertragungskoeffizient zwischen den beiden Deckplatten zu groß wird und dadurch die Verlustziffer, welche in umgekehrtem Verhältnis zum Wärmeübertragungskoeffizienten der Konstruktion steht, vermindert wird. Durch die zwischen den beiden Deckplatten angeordnete weiche Kunststoffolie wird die Wärmeübertragung zwischen den beiden Deckplatten weiter vermindert.

Die gegenseitigen Abstände der Schallbrücken werden in Anpassung an die Wellenlänge der Biegewellen der erregten Deckplatte in Abhängigkeit von den zu dämpfenden Frequenzen ausgewählt, d. h. die Schallbrücken sind in gegenseitigen Abständen angeordnet, die einer Wellenlänge oder deren ganzem Vielfachen der zu dämpfenden Welle entsprechen.

Die Wellenlänge der Biegewellen einer Platte ist

worin

(EJ)„ — den Biegeelastizitätsmodul in den Richtungen

der beiden Ränder (x, y) der Platte,
ω — die zu dämpfende Erregungsfrequenz u. id
m' — die Linienmasse bedeuten. ι ο

Aus dem Mischungscharakter des Geräusches ergibt sich, daß an sich die Verteilung der Schallbrücken des am stärksten zu dampfenden Frequenzbandes an der Plattenoberfläche nur statistisch bestimmt werden kann, wenn der Randzustand der Platte (frei beweglicher Rand, eingespannter Rand, versteifter Rand usw.) und die Art der Erregung (am Rande, punktweise usw.) in Betracht gezogen wird. Sich aus dem Mischungscharakter des Geräusches ergebend, wird im Bereich des Hörschalles bei der Plattenkonstruktion gemäß der Erfindung im Vergleich mit den bishe^- bekannten Konstruktionen auch dann eine geringere Geräuschabstrahlung erreicht, wenn von der genauen Messung, von der Auswertung des Geräuschspektrums und von der 2ϊ genauen Bestimmung der Abstände der Schallbrücken gemäß der Schwingungslehre abgesehen wird und für diese Abstände ein Wert zwischen den Werten von

L_n

= 1,5 und 50

gewählt wird, wobei

i.,1 die Länge des jeweiligen Plattenrandes und r>

L_p der gegenseitige Abstand einander benachbarter Schallbrücken, gemessen in Richtung dieses Plattenrandes, bedeuten.

Hingegen sind die beiden Deckplatten entlang ihrer 4» Ränder z. B. durch engere Vernietung oder durch Nahtoder Punktschweißen steif miteinander verbunden.

Die erfindungsgemäße Plattenkonstruktion ist insbesondere für von Mischgeräuschen von 20 bis 20 000 Hz erregten Teilen von Kraftfahrzeugen und von installa- ⁴"> tionstechnischen und lufttechnischen Einrichtungen sowie für Verkleidungen von schwingungserregten Bauteilen verwendbar. Die erfindungsgemäße Plattenkonstruktion wird vorzugsweise derart eingebaut, daß nur die eine Deckplatte der Schwingungsquelle ">" ausgesetzt ist und daher die Schwingungen der anderen Deckplatte nur über die Schallbrücken zwischen den Deckplatten erzeugt werden.

Als Beispiel dienende Ausführungsformen der dreischichtigen geräuschvermindernden Plattenkonstruk- "'"-tion gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung gezeigt.

Fig. 1 zeigt eine Plattenkonstruktion gemäß der Erfindung in Ansicht;

Fig. 2 stellt den Schnitt einer Plattenkonstruktion gemäß der Erfindung dar; no

F i g. 3 zeigt eine Luftkanalstrecke;

Fig. 4 zeigt eine Seitenplatte des Luftkanals gemäß Iig.3;

F i g. 5 zeigt den an dem in F 1 g. 3 dargestellten Luftkanal gemessenen Geräuschpegel mil und ohne '^s ge rausch vermindernd e Pl a π en konstruktion en; und

Fig. b zeigt eine aus einer dreischichtigen Plattenkonstruktion gebogene Luftk.malstrecke.

Nach Fig. 1 und 2 ist zwischen der mit dem Erregungselement in Berührung stehenden erregten Deckplatte 1 und der abstrahlenden Deckplatte 2 der Plattenkonstruktion eine Kunststoffolie 3 angeordnet, und die Deckplatten 1, 2 sind an mehreren, über aie Plattenfläche hin verteilten Verbindungsstellen 4 mittels Punktschweißung oder in anderer geeigneter Weise miteinander verbunden. Die Dicken der beiden Deckplatten 1, 2 sind einander gleich oder können voneinander abweichen. Die Gesamtdicke der Plattenkonstruktion soll im allgemeinen nicht größer sein als die Dicke einer für den gleichen Konstruktionszweck verwendeten, jedoch einschichtigen Platte, so daß die Anwendung der mehrschichtigen, geräuschverhindernden Plattenkonstruktion keine Gewichtszunahme verursacht. Die Deckplatten 1 und 2 sollen an den Verbindungsstellen 4 kohärent, wenigstens aber adhäsiv verbunden sein. Die Verbindungsstellen 4 sind in Abhängigkeit von der Wellenlänge der zu dämpfenden Biegewellen derart angeordnet, daß die über die Schallbrücken, die von den Verbindungsstellen 4 ausgebildet sind, auf der abstrahlenden Deckplatte 2 erregten, konzentrisch fortschreitenden Wellen einander an der Oberfläche der abstrahlenden Deckplatte 2 gut dämpfen, eventuell auslöschen, bzw. daß die Geräuschabstrahlung stark vermindert wird.

Im Falle einer Punktschweißung wird die Kunststoffolie 3 in der unmittelbaren Nähe des Schweißpunktes zwar vernichtet, jedoch schmilzt sie konzentrisch zum Schweißpunkt ab und füllt in Kreisringform die Zwischenräume zwischen den Deckplatten 1 und 2 gut aus.

Außerdem gleicht die Folie 3 noch die aus der Biegewellenbewegung der Deckplatten 1 und 2 entstehenden transversalen Bewegungen sowie die sich aus den unterschiedlichen Krümmungen der Deckplatten an Biegungsstellen und aus den Schubkräften ergebenden gegenseitigen Verlagerungen der Deckplatten 1, 2 infolge ihrer Elastizität aus und hält die Platten ständig auf Abstand voneinander. Außerdem wird durch die federnde Wirkung der Folie 3 die Entstehung und Abstrahlung von Wellen tiefer Frequenzen und großer Amplitude verhindert.

F i g. 3 stellt eine aus der dreischichtigen Plattenkonstruktion aufgebaute Luftkar aistrecke dar. Die Luftkanalstrecke ist vollständig aus einer solchen dreischichtigen geräuschvermindernden Plattenkonstruktion in einfachster Ausführung aufgebaut. Durch das Geräusch der Luftströmung wird die Innenfläche des Kanals infolge der Schallschwingungen (Körperschall) erregt. Die Kanalwand 5 ist aus einer Plattentafel gebogen und entlang einer Kante durch Verschweißen verschlossen. Auf die in solcher Weise hergestellte Kanalwand 5 wird die weiche Kunststoffolie 7 aufgewickelt bzw. seitenweise aufgelegt, wonach auf die Seitenflächen der Kanalwand 5 die abstrahlenden Deckplatten 8 aufgenietet oder aufgeschweißt werden.

Fig.4 zeigt die abstrahlende Deckplatte 8 am Luftkanal gemäß Fig. 3 mit der Anordnung der Bohrungen 6 für die Nieten. Bei der Bestimmung des Nietabstandes soll einerseits in Betracht gezogen werden, daß an der Folie eine kontinuierliche Auflage gesichert ist (das Masscn-Feder-Massensystetn tatsächlich zustande kommt), andererseits, daß die von der zu dampfenden Frequenz erregten Biegcwellen. auf die abstrahlende Deckplatte 8 transformiert, solche punktweise erregten, konzentrisch fortschreitenden Wellen zustande bringen, welche möglichst kohärent sind und

mil doncn Inlerleicnz erzeugt werden kann. Die zu dämpfende Frequenz ist aus dem Geräuschpegel tier an die Mündungsöl'fnung des Kanals anzuschließenden verschiedenen Geräuschquellen, wie /.Ii. l.üfier. Ah Sperrventile. Düsen, ausgewählt. Der als Beispiel dargestellte Kanal gehört /n einein llielikraliliilier und ist aiii die Dämpfung des Miltcllrcc|ticu/haiidcs (2Γ)()-^Γ)()0 ll/)eingesielll. Die Crollen der Niciahsiände werden für diesen 1 all nachfolgend angegeben.

Der Kanal mit Rechleckqucrsrhnilt hat die Abmessung A χ H und eine I .änge /.. so dall die Abmessung der abstrahlenden Deckplatten in mm w ie folgt sind:

■V ■--■ A - 10
IV ~- R 10
/.' - /. - 50
Die Grollen der Nietabstände sind in mm:

/..V₁

LA\ -

30

A'

20 '

(-1

LA' = -f.

Die l'latleiidicke beträgt bis /u einer I .ilel.ibnu-smiiiu' von SIM) ν SOO mm II.ϊ mm und darüber <i.7'S mm.

In I ι g. S ist ein ilen (ierausehpegel des l.iilikanaK gemäll I i g. J darstellendes Diagramm gezeigt. Die ausgezogene l.mie ist der (icraiischpegel des ,ims einer normalen l'lalie liergestellten l.ulikanals. mn einem in einer IJitlcrnung \on I mm nun Kanal angeordneten Mikrophon gemessen und bei einer I .ullcrdrehzahl mmi H)(M) Umdrehungen pro Minute erregt. Die gestrichelte Linie zeigt den (ieräiischpegel des aus tier oben beschriebenen geräusch \ er mindernd en Platten konstruktion hergestellten l.unlikana's unter ähnlichen Mellbedingungen. Ks ist ersichtlich, dall tier Geräuschpegel bedeutend gesunken ist.

Bei der Ausführungsform gemäll F ι g. h ist der grollte Randveriusi dadurch erzeugt, dall dcv ganze Kanal aus einer im voraus hergestellten dreischichtigen geräuschvermindernden Plaltentafel gebogen (die Kamen und lifkcn sind mehrschichtig) und entlang der Kante 9 geschweißt ist. Die Deckplatten sind bei dieser Ausführimgsform durch Punkischweißen verbunden.

Beide Beispiele zeigen, dall die Plaltenkonstruktion in sehr einfacher Technologie hergestellt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Dreischichtige, geräuschvermindernde Plattenkonstruktion, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Mischgeräusche von 20—20 000Hz erregende installationstechnische und lufttechnische Einrichtungen, mit zwei Deckplatten und einer zwischen diesen ausgebildeten Kunststoffschicht, die einen geringeren Biegeelastizitätsmodul, eine geringere Federkonstante und einen mehrfach kleineren Wärme- ι ο Übertragungskoeffizienten als die Deckplatten aufweist, die entlang ihrer Plattenränder durch Punktschweißen, Nahtschweißen, Nieten oder Schrauben miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht aus einer zwischen die Deckplatten (1, 2) eingelegten Folie (3) ausgebildet ist und daß an über die Plattenfläche hin verteilten Verbindungsstellen (4), an denen die Deckplatten (1, 2) in gegenseitiger kohärenter oder adhäsiver Berührung stehen, zwischen den Deckplatten (1,2) durch Punktschweißen, Schrauben oder Nieten Schallbrücken ausgebildet sind, deren gegenseitiger Abstand — jeweils gemessen in Richtung parallel zu den Plattenrändern — ²/3 bis '/so der Länge des jeweils zugeordneten -¹^ Plattenrandes beträgt.