DE4011705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftschall absorbierendes Formteil, welches auf seiner zur Schallquelle gerichteten Oberfläche akustische Resonatoren mit verschiedenen Resonanzfrequenzen aufweist. Solche Formteile sind aus der DE-OS 24 56 916 be­ kannt. Sie dienen als Verkleidungselement, insbesondere für die Innenauskleidung der Fahrzeugzelle oder der Führerkabine von Motorfahrzeugen bzw. Maschinen. Die genannte Anmeldung lehrt, ein solches Verkleidungselement mit einem Zusatzelement so zu kombinieren, daß ein Hohlkörper entsteht, der über eine Verbin­ dungsleitung zum Helmholtz-Resonator wird. Es wird vorgeschla­ gen, dessen Oberfläche weiter mit Helmholtz-Resonatoren zu bestücken, wobei zwei, drei oder noch mehr Resonatoren verwen­ det werden, die auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt sind gemäß der in der Schallphysik bekannten Helmholtz-Formel, um den Schalldruck im gesamten von den stehenden Wellen beein­ flußten Frequenzbereich zu vermindern. Die Elemente sind unterteilt und bilden somit nebeneinander liegende, großvolu­ mige Helmholtz-Resonatoren.

Nachteilig an dieser Ausführung ist der große Platzbedarf, da insbesondere auch beachtet werden muß, daß gleichresonante Resonatoren einander nicht in ihrem geometrischen Wirkungsbe­ reich überschneiden, da ansonsten die Schalldämpfung wesentlich verschlechtert wird. Der hohe Raumbedarf dieser Resonatoren führt dazu, daß für die Anordnung einer Vielzahl, ein breites Frequenzband abdeckender Resonator-Elemente kein Platz zur Verfügung steht.

DE-PS 25 15 127 beschreibt eine Vielzahl dicht beieinander liegender Hohlraum-Resonatoren mit konstantem Querschnitt und unterschiedlichen Längen, deren gemeinsame Abschlußwand zur Erzielung der unterschiedlichen Längen der benachbarten Hohl­ raum-Resonatoren unter einem Neigungswinkel zur Ebene der Schalleintrittsöffnungen verläuft. In einer Ebene liegen dabei identisch geformte Hohlraum-Resonatoren dicht einander benach­ bart.

In DE-OS 36 15 360 wird ein Plattenabsorber beschrieben, auf dessen geformter Platte nebeneinander liegende, gedrungene Luftkammern vorhanden sind, die durch Stege getrennt und allseits dicht sind. Unter Ausnutzung von Reibungsdämpfung werden die Biegeschwingungen der Wandungen und der die Luft­ kammern abdeckenden Folie zur akustischen Dämpfung herange­ zogen.

Ausgehend vom erstgenannten Stand der Technik, der Verwendung von Helmholtz-Resonatoren, hat die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein gattungsgemäßes, Luftschall absorbierendes Form­ teil anzugeben, dessen Platzbedarf für die einzelnen Resonato­ ren deutlich geringer ist, insbesondere bezüglich der Bauhöhe, das über einen Frequenzbereich von etwa 16 Hz bis 2,5 kHz möglichst gleichmäßige Resonanz- und damit Dämpfungseigen­ schaften aufweist, das möglichst weniger unterschiedlicher Werkstoffe bedarf und in einem einzigen Arbeitszyklus verform­ bar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Formteil mit den Kennzeichen des ersten Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Aufgrund der Tatsache, daß tieferfrequente Helmholtz-Resonato­ ren einen größeren Wirkungsradius besitzen als höherfrequente, muß zur Durchführung der Erfindung darauf geachtet werden, daß die im Wirkungsbereich des jeweils tieferfrequenten Helmholtz- Resonators befindlichen, benachbarten Helmholtz-Resonatoren nicht die gleiche Resonanzfrequenz besitzen. Ansonsten tritt eine wesentliche Verschlechterung der Resonanzwirkung des tieferfrequenten Helmholtz-Resonators auf. Wichtig ist ferner, daß die Oberfläche des Formteils flächendeckend mit einer Vielzahl verschiedenfrequenter Helmholtz-Resonatoren bedeckt ist, um eine optimale akustische Wirksamkeit im zur Verfügung stehenden Bauraum zu erzielen. Die Abstimmung der Resonatoren ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, da die Ausge­ staltung aufgrund der Helmholtz-Formel dem Fachmann geläufig ist.

Ein weiteres, wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die die Helmholtz-Resonatoren tragende Fläche des Form­ teils als Plattenabsorber ausgelegt ist, welcher die Resona­ toren formschlüssig umfaßt und dabei deren Öffnungen freiläßt; es werden die Wandungen dieser Resonatoren also aus dem Werk­ stoff des diese tragenden Plattenabsorbers gebildet. Unter Plattenabsorber wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden ein biegeweiches, flächiges Gebilde, welches bei Auftreffen von Luftschall zu Eigenschwingungen angeregt wird, wobei die Schallenergie in Wärme umgewandelt wird. Als Werk­ stoffe können alle polymeren Materialien dienen, ob in ge­ schäumter oder kompakter Form.

Die Kombination von Helmholtz-Resonatoren und Plattenabsorbern führt gegenüber einer Ausführung, die ausschließlich diese Resonatoren aufweist, zu einer weiteren Erhöhung des Absorp­ tionsgrades bis zu etwa 30% des Normalwertes. Des weiteren wurde überraschenderweise gefunden, daß die erfindungsgemäße Kombination in ihren Werten für die Schallstreuung die Platten- und Helmholtz-Resonatoren allein deutlich übertrifft.

Die Tatsache, daß Helmholtz-Resonatoren in ihrem Volumen, ihrem Lochradius und ihrer Halslänge variabel sind, führt dazu, daß zahlreiche Möglichkeiten gegeben sind, bei geringer Bauhöhe die Resonanz-Eigenschaften des schalldämmenden Elements zu vari­ ieren. Man ist in der Wahl der Kontur der Helmholtz-Resonatoren völlig frei, da nur deren Volumen die Resonanzeigenschaften bestimmt. Es lassen sich somit extrem niedrig bauende Schall­ schluckelemente herstellen, wie sie insbesondere im motornahen Bereich benötigt werden.

Ferner führt die Ineinanderschachtelung der Wirkungsbereiche der Einzel-Resonatoren dazu, daß auch in bezug auf die flächigen Ausmaße beliebig kleine, Luftschall absorbierende Formteile hergestellt werden können.

Der Vorteil der Erfindung liegt unter anderem auch darin, daß der Werkstoff der Helmholtz-Resonatoren identisch ist mit demjenigen des Plattenabsorbers: Die Auswahl für den Einsatzbe­ reich geeigneter Werkstoffe wird somit erleichtert, und außer­ dem kann eine erfindungsgemäße Platten-/Absorber-Kombination in einem Arbeitszyklus geformt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Plattenabsorber auf seiner zur Schallquelle gerichteten Ober­ fläche mit einer porösen Schicht bedeckt, welche aus Fasern oder aus offenporigem Schaumstoff bestehen kann. Diese poröse Schicht hat die Wirkung, daß insbesondere im höherfrequenten Bereich eine nochmalige Verbesserung der Absorption erzielt werden kann.

Das erfindungsgemäße Formteil kann mit jeder beliebigen Unter­ lage verschweißt, aufgeclipst oder auf diese aufgeklebt werden. Bei geformten Unterlagen, wie zum Beispiel bei Motorkapselun­ gen, besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß das Formteil mit dem die Motorkapsel bildenden Bauteil in einem Arbeitsgang verformt werden kann.

Es ist möglich, das erfindungsgemäße Formteil in einem Fre­ quenzbereich von 16 Hz bis 2,5 kHz gezielt den jeweils zu dämpfenden Frequenzen oder Frequenzbereichen anzupassen; und dies auch gezielt in bestimmten Bereichen des Formteils.

Da die Auswahl des Werkstoffs in den obengenannten Grenzen nicht kritisch ist, ist eine große Freiheit bezüglich der Materialien gegeben. So kann das Formteil bei motornaher Anwendung öl- und wasserbeständig sowie hitzefest ausgestaltet werden. Es kann ferner eingesetzt werden zur Geräuschdämmung von Maschinen, zum Beispiel in Gehäusen von Haushaltsgeräten oder im industriellen Bereich.

Die Figuren sollen die Erfindung näher verdeutlichen. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt einer Motorabschirmung;

Fig. 2 eine weitere Ausführung einer Motorabschirmung;

Fig. 3 eine Motorabschirmung im Einbauzustand;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Formteil in vergrößerter Querschnittsdarstellung;

Fig. 5 den Querschnitt durch eine Absorber-Kombination;

Fig. 6 ein aus Partikelschaum hergestelltes Formteil.

Zunächst sei Fig. 1 betrachtet. Sie zeigt den Querschnitt einer Motorabschirmung, die in einem Arbeitszyklus in Blastechnik hergestellt ist. Die unterschiedlich großen, flächendeckenden Kammern 1 mit gezielten Lochgrößen 2 von 1 bis 20 mm Durchmes­ ser wirken als Helmholtz-Resonatoren und dienen der Schallredu­ zierung im Motorraum. Die Außenseite 3 hat eine glatte Ober­ fläche und verbessert dadurch die Aerodynamik. Um eine gute Abdichtung zur Karosserie zu bekommen, wird eine elastische Dichtlippe 4 ins Blaswerkzeug eingelegt und mit dem Formteil verbunden. Am tiefsten Montagepunkt sind Schlitze bzw. Löcher 5 vorgesehen, damit Flüssigkeiten, wie Spritzwasser und Lecköl, das durch die Löcher 2 läuft, entweichen kann. Der Werkstoff ist in diesem Falle glasfaserverstärktes Polypropylen für die Außenseite und für die Resonatoren Polypropylen. Ohne Schwierig­ keiten können auch Polykarbonat oder Polyamid verwendet werden.

Es muß betont werden, daß die Verbindung der Kammern 1 mitein­ ander am Boden der Helmholtz-Resonatoren, wie gezeigt, keinen Einfluß auf die Dämpfungseigenschaften des Formteils hat, da die an der Außenschale 3 befindlichen Luftschichten bereits nicht mehr durch Schall angeregt werden. Diese Verbindung an der Oberfläche der Außenschale 3 kann daher als Dränage genützt werden.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt einer Motorabschirmung, die im Zweitaktverfahren hergestellt ist und wobei beide Teile 3 und 2 durch Schweißen oder Kleben miteinander verbindbar sind. Das Kammerngebilde 1 mit den Öffnungen 2 wird separat hergestellt und abgestimmt. Ebenfalls separat angefertigt wird die Außen­ schale 3 mit angesetzter Dichtlippe 4. Beide Schalen werden über Schweiß- oder Klebetechnik zusammengefügt und bilden danach eine Einheit gemäß der Anordnung in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt das Bauteil gemäß Fig. 1 oder 2 in Einbaulage oberhalb des Motors. Die Motorhaube 1 aus Blech wird zusammen mit den Helmholtz-Absorberkammern 2 und den Öffnungen 3 in einem Arbeitsgang geformt.

Fig. 4 zeigt die Helmholtz-Resonatoren in schematischer Darstellung im vergrößerten Querschnitt. Die Kammern 1 sind unterschiedlich groß; und die Öffnungen 2 werden gemäß der Helmholtz-Gleichung in ihrer Dimension gefertigt.

Fig. 5 zeigt eine Absorberkombination, die eine besonders hohe Schallabsorption bewirkt. Die Grundform mit den Kammern 1 und den Öffnungen 2 kann durch Vakuumformen, Pressen, Maskensprit­ zen oder Blastechnik hergestellt werden. Zusätzlich wird die zur Schallseite gerichtete Fläche mit einem mit Bindemittel versehenen Vliesstoff 3 belegt.

Fig. 6 zeigt den Querschnitt durch ein Formteil, das in einem Arbeitsgang aus Partikelschaum hergestellt ist. Die Partikel können je nach Einsatzgebiet aus Polystyrol, Polyethylen oder Polypropylen bestehen. Die Kammern 1 haben unterschiedliche Größen. Die Position 2 bezeichnet die Öffnungen in den Helm­ holtz-Resonatoren.

Claims (4)

1. Luftschall absorbierendes Formteil, enthaltend auf seiner zur Schallquelle gerichteten Oberfläche Helmholtz-Resona­ toren mit verschiedenen Resonanzfrequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Helmholtz-Resonato­ ren derart ist, daß die im Wirkungsbereich des jeweils tieferfrequenten Helmholtz-Resonators befindlichen, benachbarten Helmholtz-Resonatoren voneinander verschie­ dene Resonanzfrequenzen besitzen und flächendeckend angeordnet sind und daß die die Resonatoren tragende Fläche des Formteils als Plattenabsorber ausgelegt ist, welcher die Helmholtz-Resonatoren formschlüssig umfaßt und dabei deren Öffnungen freiläßt, wobei der Werkstoff der Helmholtz-Resonatoren identisch mit demjenigen des Platten­ absorbers ist.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenabsorber auf seiner zur Schallquelle gerichteten Oberfläche mit einer porösen Schicht bedeckt ist.

3. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht ein Faservliesstoff ist.

4. Formteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht aus offenporigem Schaumstoff besteht.