CN117980137A - 吸音封围件(h)以及用于制造吸音封围件(h)的方法 - Google Patents

吸音封围件(h)以及用于制造吸音封围件(h)的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117980137A
CN117980137A CN202280061621.3A CN202280061621A CN117980137A CN 117980137 A CN117980137 A CN 117980137A CN 202280061621 A CN202280061621 A CN 202280061621A CN 117980137 A CN117980137 A CN 117980137A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sound
enclosure
substructures
emission source
substructure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280061621.3A
Other languages
English (en)
Inventor
阿尔弗雷德·佩谢
托马斯·菲比希
卡斯滕·梅克兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of CN117980137A publication Critical patent/CN117980137A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162Selection of materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58Raceways; Race rings
    • F16C33/62Selection of substances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58Raceways; Race rings
    • F16C33/64Special methods of manufacture
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00Cooling of bearings
    • F16C37/007Cooling of bearings of rolling bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2220/00Shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于制造吸音封围件(H)的方法,该吸音封围件用于发射具有能谱的声音(S)的声音发射源(E),其中,借助于3D打印从打印材料打印出由子结构构造的不规则结构,所述结构具有由打印材料形成并且至少部分地封围中空区域(1、2、3)的材料区域,其中,借助于中空区域(1、2、3),子结构各自具有位于特征间隔内的特征长度(D1,D2,D3)并且各自具有特征密度。凭借这些特征,子结构适合于能谱,使得子结构在该能谱的期望抑制范围内消散声音(S)。

Description

吸音封围件(H)以及用于制造吸音封围件(H)的方法
技术领域
本发明涉及一种吸音或消音封围件,该封围件至少部分地封围声音发射源,使得发出的声音在期望的频率范围和期望的振幅内衰减。本发明还涉及一种用于制造这种封围件的方法。
背景技术
无论是以在空气或水或其他液体中传播并可以被人耳感知的空气传播的声音的形式,还是以作为在固体中传播的振动的结构传播的声音的形式,声音(S)的吸收长期以来一直是机器、装置、部件或建筑物的设计的重要要求。与污染物排放一样,随着时间的推移,减少噪声排放的要求变得越来越严格,无论是由于法律要求、消费者或用户的看法和需求,还是由于能振动系统的技术规范和要求。例如,从内燃发动机到电驱动器的转变意味着电驱动器的较低噪声排放也为与驱动器的噪声排放相比在其噪声排放方面先前可以忽略不计的部件带来声学感知。所产生的噪声排放的逐渐减少以级联方式继续这种敏化效应,从而增加了对改进噪声保护措施的需求。除了通常仅指声波的机械动能转化为热能的纯粹的声音吸收之外,下文中的术语吸收还包括声波的消散、即声音信号的至少部分统计学散射,使得其基本上被转换为噪声。
除了例如通过避免和减少振动的产生来避免声音发射之外,通常还需要借助于吸收来减少声音发射。声音在介质中消散的方式是将声能转化为热能。
已知多种用于设计吸音结构和材料的不同的方法和解决方案,例如:US7743880B2公开了一种吸音结构,其设计特别适合于吸收低频声音,其中,该结构可以紧凑地设计。US9033101B2描述了一种由双组分纤维材料构成的吸音材料。
“3D打印”或英文也称为“additive manufacturing(增材制造)”的制造工艺是近年来发展非常迅速的工艺,该工艺的用途不断增加。通过类似像素的打印,例如通过熔化来自喷嘴或类似装置地微小液滴,材料几乎可以形成任何形状。然而,迄今为止,在声学领域中的应用尚未成为焦点。在Polymers(巴塞尔)、2020年5月、12(5):1062(在线出版)的文章“Study of the Sound Absorption Properties of 3D-Printed Open-Porous ABSMaterial Structures(3D打印开孔ABS材料结构的吸音性能研究)”中,研究了使用3D打印制造的特殊塑料制成的塑料元件的吸音性能。在材料视野(Materials Horizon)2018年9月、第5卷第5期、第755至1010页的文章“Chaotic Printing:using chaos to fabricatedensely packed micro-and nanostructures at high resolution and speed(混沌打印:利用混沌以高分辨率和速度制造密集排列的微米和纳米结构”中,待打印材料的动态材料流在打印过程期间产生湍流,该湍流在打印材料中产生混沌结构。这里不检查声学特性。
US2021/0138726 A1描述了一种用于制造硅泡沫的3D打印工艺,其中通过将微盐球添加至打印过程来形成多孔结构。
US2020/0109300 A1公开了一种用于使用3D打印来制造多孔弹性体泡沫的规则结构的方法,以便避免不规则的随机结构的缺点,特别是其长期稳定性。充气微气球结合到该结构中。
发明内容
本发明的目的是提供一种特别适合于单个声音发射源的吸音封围件。本发明的另一目的是详细说明用于这种封围件的制造过程。
旨在公开方法的目的通过一种用于制造吸音封围件的方法来解决,该吸音封围件用于发出具有能谱的声音的声音发射源,其中,通过3D打印从打印材料中打印出由子结构构成的不规则结构,所述结构具有由打印材料形成并且至少部分地封围中空区域的材料区域,其中,子结构各自具有位于特征间隔内的特征长度并且各自具有中空区域的特征密度,并且其中,具有这些特征的子结构适合于频谱,使得所述子结构在能量谱的期望抑制范围内消散声音。
因此,本发明首次提出通过3D打印工艺制造具有不规则结构的吸音封围件。尽管3D打印具有公知的优点,但是在用于形成吸音封围件时,该工艺最初似乎是过于复杂和繁琐的。毕竟,通常仅需要在声源周围或多或少地附着或施加隔音材料,例如通过将隔音材料简单地包裹、塑料注射成型或者用作固体壳体等。这种结构的不规则的设计似乎特别复杂,因为3D打印经受确定的过程,因此必须专门调整不规则性,这与诸如混合物之类的统计学方法不同。然而,本发明基于下述知识:可以使用3D打印来制造有针对性的不规则吸音结构,即使迄今为止用于3D打印的模板几乎完全是使用合适的CAD过程或典型构造而形成的。常规地,要么使用在宏观尺寸上均匀的吸音材料和具有典型声波波长的吸音材料,要么使用规则的晶格或晶格状结构来吸收振动,并且然后通过内摩擦来阻尼振动,而本发明采用了完全不同的途径:由子结构来形成不规则结构,使得存在反射表面和对声音传播有意义的表面的统计学分布,这导致声音传播的近似最大的消散。
因此,术语“不规则”应被理解为意味着不能限定空间结构的网格状单位单元或者不存在基本上均匀的分布。这种观察是在宏观、最好是中观的分辨率下进行的,这在与相关声音的波长进行比较时起作用。显著高于该尺度,结构将显得均匀,显着低于该尺度,结构将呈现微观的、可能规则的晶格结构,这取决于所使用的材料。
腔是填充有气体、液体或固体材料的空间,其传导声音的能力与打印材料显著不同,并且也更柔软。通常,腔将填充有空气或液体。原则上,任何可以使用3D打印进行处理的材料都可以用作打印材料,但是已经具有期望范围内的吸音作为固有特性的材料是优选的。
术语封围件不应被限制性地理解为声音发射源必须完全或甚至主要地被封围件包围。当前意义上的封围件还意味着部分地屏蔽所发出的声音,例如以特定立体角度至少部分地吸收来自声音发射源的声音的扁平元件。从这个意义上,术语封围件还意味着减少特定方向上的声音传播的衬里元件。
现在,腔表征子结构:子结构由某一级别的腔限定,所述级别的腔的特征扩展、例如在中空区域的球形形状的情况下的球形直径位于特定的预定区间内。然后,为该子结构指定密度、即该类型的腔在结构中出现的频率,可能用腔尺寸进行加权。由于其特征扩展级,每个子结构都会具有声音散射效应,特别是在波长位于该扩展级范围内的频率范围内更是如此。现在,通过根据所使用的扩展级或扩展级以及其出现的频率、即其密度来选择合适的子结构,可以使吸音封围件适应于声音发射源的能谱。借助能谱的知识,3D打印可以实现个性化的声音吸收。
该结构优选地通过算法来计算。原则上,3D打印也可以基于凭经验获得的腔的分布。然而,使用算法可以特别有效地实现使打印图案适应于特定应用、即生成新的子结构分布,所述子结构可能具有新的尺寸分级和分配的密度。更优选地,算法是基于随机的,即从具有其预先确定的特征的子结构的随机分布来生成该结构。优选地,封围件的几何形状是预先确定的,并且通过中心点的随机位置和中空区域的直径来生成子结构,其中,子结构的中空区域的数目根据该子结构的期望的密度来选择。对于中空区域的几何简单的形状、例如球形或四面体,“中心点”和“直径”可以是精确值,但是如果所选择的中空区域形状不规则或高度不对称,则也可以近似确定中心点和直径。例如,封围件可以具有筒形护套的形状,其中例如存在不同尺寸级和不同密度的球形腔。然后,随机算法指定中心点作为用于封围件内的特定级别的腔的矢量,以及指定对应于该级别的特征半径的球形半径,要么恰好等于该半径,要么从半径附近的统计学分布中选择。对于该级别的腔,这与该级别的期望的密度相对应地频繁地执行。对所有其他的腔级别均进行相应的处理,使得最终由具有不同腔级别的子结构形成期望的结构。
算法还包括限定试错过程意义上的结构的过程。如果声音发射谱在空间上以及在频率和振幅分布方面被指定,则算法可以包括首先从子结构下的频谱中导出基点,即从频率中导出具有特定间隔的相应波长并且限定从中得出的子结构的特征长度。频谱将借助进一步的子结构而相应地离散化。在具有较高振幅的频率范围内,这些基点会放置得更近,并且其周围的间隔会变得更窄。另外,将根据子结构的波长间隔中的相应平均振幅相对于其他子结构的密度来选择相应子结构的密度。借助这种直接从声音发射谱中导出的起始配置,现在可以使用模拟来测试吸收能力。然后通过改变子组的参数,可以确定用于吸收的局部最大值,并且从而可以确定至少局部最优的结构(在参数空间中的结构)。在整个过程的意义上,这可以执行成使得通过仅输入声音发射谱及其空间特征和封围件的整体几何形状来直接计算隔音封围件,并且如果需要,则立即打印出来。
中空区域优选地被设计成是交叠的并且因此相对于彼此敞开,使得所述中空区域形成连续通道,冷却液或冷却气体可以被导引通过该通道。因此,一些中空区域通过使相邻的中空区域交叠而形成穿过封围件的连续通道。原则上,这种通道的形成可以“手动地”结合到打印模板中。然而,可以通过在期望的区域中以统计学上足够的概率形成连续通道,使得其尺寸适合于通道形成的腔的密度高于渗透阈值来避免这种工作量。渗透现象是在边缘内以统计学的方式分布的元素从一个边缘到另一边缘的连续连接所形成的。在渗透浓缩期间,从封围件的相互隔离的外边缘到互连的外边缘发生“几何相变”。除了腔的密度之外,还必须考虑腔的形状和取向。如果渗透浓度是已知的,则可以通过选择腔的几何形状和密度在期望位置处以统计学的方式调整冷却通道。在技术应用中,同时需要冷却和隔音是非常常见的。特别是摩擦可能是振动和发热的常见原因。然而,这可能导致需求的冲突:良好的隔音通常基于在中观或微观上具有各种关于声音传导性的界面的材料、例如多孔材料或纤维材料。然而,这种材料通常同时降低导热率,这意味着隔音与隔热密切相关。通过设计具有集成冷却通道的隔音装置,则可以以所提出的方式非常有利地抵消这种情况,而不必提供可能再次代表声音导体的直通道。因此,腔的渗透代表了冷却通道的形成,可以说,这些冷却通道是在无需任何额外的设计工作量的情况下形成的,同时保留了良好的隔音特性。最初,所有液体和气体都可以用作冷却剂,其中粘度尤其必须与中空区域的尺寸相匹配,以便能够实现足够低的流动阻力。
子结构的腔优选地在从声音发射源观察的径向方向上沿着相对于径向方向的周向方向以不可通约的比彼此偏移地布置。这也可以这样描述,即在声源周围在径向方向上存在多层腔。如果仅考虑某一级别的腔,则腔与相邻层的腔在周向方向上偏移的距离应尽可能远离整数比、即有理数。如果这些距离是小整数的比,则在声音散射期间会出现干涉效应、即声音不是各向同性消散的。有理数比会导致在径向方向上形成规则的上部结构:中空区域的排列从特定径向层开始以有理数比进行自身重复。对应于由最大可能整数(近似无理数)形成的有理数的距离比避免了这种规则性,直至径向扩展到位于封围件的厚度以上。这防止了在封围件内形成径向上部结构。然后,连续的层以不可通约的方式布置。花瓣的这种布置方式在多行花冠的花中是常见的:叶子围绕圆周布置成使得叶子与其他行尽可能少地交叠,以获得更好的光产量。这种布置借助算法可以容易地实现,例如通过使用从高度无理数中计算的距离、例如黄金比可以容易地实现。
中空区域中的至少一些中空区域优选地被设计成如下几何形状:该几何形状的取向和尺寸导致根据由声音发射源发出的声音的空间扩展的最高可能的声音消散。虽然球形形状是最简单的腔形状,但是其他形状可以实现更好的吸收特性。特别地,可以考虑半螺旋形状。这设计成使得半螺旋形状的开口朝向声音发射源定向并且螺旋螺纹在声音传播的方向上汇聚。通过基本的腔形状的几何选择,还可以特别地考虑各向异性的声音分布。
旨在公开封围件的目的通过一种用于声音发射源的打印而成的吸音封围件来解决,该声音发射源发出具有能谱的声音,该吸音封围件具有由子结构构成的不规则结构,其中,子结构各自具有特征长度尺度和密度,并且其中,子结构适合于频谱,使得所述子结构在能谱的期望抑制范围内消散声音。
上述用于制造吸音封围件的过程的优点相应地适用于封围件本身。然而,当考虑到封围件本身时,借助有利实施方式还存在其他优点:
子结构的结构的组成优选地沿着封围件的扩展改变,使得结构的声音消散特征适合于声音发射源的各向异性发射。因此,结构的组成在宏观尺度上改变。这考虑到声音发射的各向异性,根据辐射方向,声音发射可以具有不同的振幅和频率范围。使用个性化3D打印工艺,结构现在可以适应于特定的声音发射谱,并且不仅仅是在其中观结构方面;该结构根据方向和位置可以进行不同地设计。
封围件有利地打印在至少部分地封围声音发射源的壳体上。
封围件有利地形成至少部分地封围声音发射源的封围件。借助3D打印工艺,壳体与封围件同时打印出来,使得封围件除了其吸音特性之外还具有另一特性。
声音发射源优选地以形状配合的方式连接至连接部件,其中,形状配合连接由使用3D打印工艺制造的阻尼元件形成,使得从声音发射源到连接部件的结构传播的声音传导在预先确定的频率范围内减弱。
封围件优选地是轴承的一部分、更优选地是滚子轴承的一部分,所述轴承具有内圈和外圈,其中,封围件围绕外圈,或者其中,外圈本身通过3D打印形成并且形成围绕声音发射源的封围件。
附图说明
参照附图对本发明进行更详细的说明。在附图中:
图1:示出了具有由子结构形成的结构的隔音封围件的部段
图2:示出了图1的部段,其中,子结构的密度是非常大的,使得形成了冷却通道。
图3a:示出了计算不规则结构的起点
图3b:示出了从图3a的起点形成的不规则结构
图3c:示出了图3a的起点之后的进一步步骤
图3d:示出了图3a的点之间的不规则连接的形成
图4:示出了由中空区域的不可通约的错位形成的结构
图5:示出了中空区域的几何形状的示例
图6:示出了围绕呈各向异性辐射的声音发射源的隔音封围件
图7:示出了具有隔音封围件的部件,该部件与其他部件接触。
具体实施方式
图1示出了采用3D打印工艺制造的隔音封围件H的部段。在该示例中,封围件H具有由三个子结构1、2、3形成的结构。这些子结构是由打印材料封围的腔。在对打印件进行分层构建时,这些腔将打印材料保留下来。打印材料本身可以已经具有隔音特性。中空区域1、2、3产生导致反射的声阻边界表面。如果现在以适当不规则的方式形成这样的反射,则声音被充分消散。在当前情况下,中空区域1、2、3将用作结构传播的噪声的散射表面,该噪声通过打印材料传播。然而,也可以设想相反的构型,其中,空气传播的声音通过互连的腔传播并且在不规则的边界表面处被散射和消散。下面使用图2示出了这一点。子结构的不同之处在于它们的直径D1、D2、D3,这些直径在当前情况下由于形成球形中空区域1、2、3而被精确限定。直径D1、D2、D3是子结构的特征长度。对于其他几何形状不太精确的形状,可以将其他值视为特征长度,例如平均扩展值或者最大或最小扩展。对特征长度进行适当地分类,以便使它们服从于用于分布的简单算法,吸音借助于该算法可以特别好地适合于声音发射谱。在这种情况下,指定了三个间隔,根据这三个间隔,子结构根据它们的直径进行分组:具有较大特征长度D1的级别1、具有中等特征长度D2的级别2、以及具有较小特征长度D3的级别3。因此,级别1更适合消散较长的波长,级别3更适合消散较短的波长。通过指定中空区域1、2、3的数目以及它们在封围件中的密度,可以使吸收适合于能谱。例如,如果声音发射源E的能量密度在高频范围内较大,则级别3的密度被选择得较高。当然,级别的数目也可以自由选择,因此分类的间隔也可以非常精确并且几乎是连续的。中空区域1、2、3的位置可以通过随机选择它们的中心M1、M2、M3来确定。这些中心点M1、M2、M3可以被限定为向量空间区域中的向量,其与封围件H的整体几何形状相对应。在该允许的范围内,通过随机选择中心点,并且在必要的情况下还通过在中空区域级别的指定间隔内随机选择中空区域的直径,然后根据指定的密度来创建中空区域1、2、3。
图2示出了与图1相对应的结构。然而,此处,级别2的中空区域2的密度如此高,使得中空区域1、2、3交叠并因此连接。密度也高于渗透浓度。渗透效应导致几何相变,几何相变最初通过随着浓度的增加而增加的交叠度,将区域的单独边缘与闭合路径连接起来。例如,可以将漂浮的木板扔进池塘,直到通过木板上的连续路径将一个堤岸与另一堤岸连接起来。在当前情况下,在封围件的第一边缘R1与封围件的第二边缘R2之间形成有两个通道4,封围件具有厚度D。这样的通道可以用于传导空气传播的声音(此处,“空气”当然可以指任何气体),声音通过不规则边界的反射而衰减。当然,通道不必是连续的,只需为空气传播的声音提供足够的路径即可。图1中描述的结构传播的声音的衰减和借助于经连接的腔的空气传播的声音的衰减当然也可以组合使用。
冷却介质K也可以被导引通过这样的通道,这些通道实际上连续地延伸穿过封围件H。具体地,封围件H的打印可以设计成使得达到或超过中空区域1、2、3的渗透浓度,特别是在经受特定热应力的区域中达到或超过中空区域的渗透浓度,从而在此形成连续的通道,冷却介质可以被导引通过这些连续的通道。如有必要,封围件H的设计考虑了由于冷却介质K中的不同声速和声音衰减而导致的声音特征变化。通过这种集成的冷却系统,现在还可以考虑因有效的隔音通常还需要隔热而产生的不同要求,这可能会妨碍必要的散热。
图3a至图3d示出了建立不规则结构的另一种可能性。在图3a中,在封围件H的几何形状内选择点P。这些点可以是规则网格的点或者一个位于另一个内的多个规则网格的点。然而,如果使用随机算法将这些点P连接起来,则结果是不规则结构,如图3b所示。因此,点连接是打印所得的壁,壁又封围中空区域1、2、3。图3c示出了如何生成这样的“随机连接”:在连接两个点P1、P2的虚线周围、在连接方向上的指定距离处随机散布多个点,在这种情况下为六个点Z1至Z6。然后,将这些点Z1至Z6连接成一条直线,从而形成随机的“之字形”线,该线限定了中空区域壁。
图4示出了另一种可能性,其中,可以由中空区域1、2、3构造不规则结构。声音发射源E沿径向方向r发射声音S。沿着相对于径向方向r的周向方向u,中空区域1、2、3以固定间隔、即以规则间隔布置。然而,径向连续层中的中空区域偏移了值a,使得在径向方向上产生不可通约的、不规则的布置。因此,值a不是周向距离的小整数部分,因为这将导致中空区域的布置在几个径向层之后再次与第一层的布置相对应。这将导致规则的上部结构,这可能导致声音干扰并且从而减少消散。因此,值a被选择为两个足够大的没有除数的整数之比,使得中空区域1、2、3在厚度D、即径向延伸内沿周向方向的位置不重复。因此,值a被选择为“足够无理数”。
图5示出了中空区域1、2、3的形状的示例,与球形形状不同,中空区域具有各向异性的特性,并且因此不仅可以在其扩展和密度方面而且还可以通过其取向来适合于声音发射谱。所示的四面体形状具有可能用于目标声音偏转的表面,而所示的半螺旋形状优选地朝向声音发射源E敞开并且在传播方向上汇聚,这引起有利的消散。
图6示出了应用于部件B、例如滚子轴承的封围件H。例如,该封围件可以直接打印到部件B的壳体G上或者本身形成壳体G。具体地,封围件H还可以是滚子轴承的内圈或外圈,在这种情况下,该封围件直接形成滚动体的滚道并且直接消散由滚动体从滚道上滚过而产生的声音。由部件B引起的声音发射源在振幅和频率上呈各向异性辐射。因此,与发生高频辐射比例较大的区域相比,级别1的腔的腔密度在低频辐射的能量密度较高的区域中较大,并且因此选择了更多的级别3的腔区域。在经受较高热负荷的另一区域中,腔密度被选择为高于渗透阈值,使得冷却介质K可以通过所形成的冷却通道4供给通过封围件H。
图7示出了承载封围件H的部件B与相邻部件C接触的构型。这样的接触可以表示用于结构传播的声音SK的桥梁,除了空气传播的声音SL之外,结构传播的声音还从部件B发出。为了减少对相邻部件C的这种声音传导,现在可以使用3D打印来打印阻尼元件9。阻尼元件的形状、尺寸和取向又可以最佳地适合于结构传播的声音,并且优选地直接集成到封围件H中。然而,阻尼元件也可以在刚度和强度方面进行设计,以同时满足由于部件B与部件C之间的接触而产生的要求。部件B可以是滚子轴承。此处还可以设想的是,封围件H可以是滚子轴承B的一体部分,使得该封围件例如不打印在外圈上,而是直接形成滚子轴承B的外圈,滚动体在该外圈上运行。
附图标记列表
H 吸音封围件
S 声音
E 声音发射源
D1、D2、D3 特征长度
M2、M1、M3 中心点
K 冷却介质
B 部件、滚子轴承
C 相邻部件
G 壳体
SL 空气传播的声音
SK 结构传播的声音
Z1-Z6 随机点
r 径向方向
u 周向方向
a 位移值
R1 封围件的第一边缘
R2 封围件的第二边缘
1、2、3 中空区域
4 通道
9 阻尼元件

Claims (17)

1.一种用于制造吸音封围件(H)的方法,所述吸音封围件用于发射具有能谱的声音(S)的声音发射源(E),其中,借助于3D打印从打印材料打印出由子结构构造的不规则结构,所述结构具有由所述打印材料形成并且至少部分地封围中空区域(1、2、3)的材料区域,其中,借助于所述中空区域(1、2、3),所述子结构各自具有位于特征间隔内的特征长度(D1、D2、D3)并且各自具有特征密度,其中,所述中空区域(1、2、3)是通过3D打印工艺的适当导引而特别形成的,并且因此具有这些特征的所述子结构适合于所述能谱,使得所述子结构在所述能谱的期望抑制范围内消散声音(S)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述结构是通过算法计算得到的。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述算法是基于随机的算法,所述基于随机的算法根据所述封围件(H)内的具有预先确定特征的所述子结构的随机分布来生成所述结构。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述封围件(H)的几何形状是预先确定的,并且通过中心点(M1、M2、M3)的随机位置和表示所述特征长度(D1、D2、D3)的直径来生成中空区域(1、2、3)的子结构,其中,由此生成的子结构的中空区域(1、2、3)的数目根据所述子结构的期望密度来选择。
5.根据权利要求2、3或4所述的方法,其中,中空区域(1、2、3)被设计成是交叠的并且因此是相对于彼此敞开的,使得所述中空区域形成连续通道(4),冷却液(K)或冷却气体(K)能够被导引通过所述连续通道。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述连续通道(4)以统计学上足够的概率形成在期望区域中,因为尺寸适合于通道形成的中空区域(1、2、3)的密度高于渗透阈值。
7.根据权利要求2所述的方法,其中,子结构的所述中空区域(1、2、3)在从所述声音发射源(E)观察的径向方向(r)上沿着相对于所述径向方向的周向方向(u)以不可通约的距离(a)彼此偏移地排列。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其中,所述中空区域(1、2、3)中的至少一些中空区域被设计成具有一几何形状,所述几何形状的取向和特征长度(D1、D2、D3)根据由所述声音发射源(E)发射的声音的空间分布导致最高可能的声音消散。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述几何形状为半螺旋形状,并且被设计成使得所述半螺旋形状的开口朝向所述声音发射源(E)定向,并且螺旋螺纹沿声音传播的方向汇聚。
10.一种用于声音发射源(E)的打印而成的吸音封围件(H),所述声音发射源发射具有能谱的声音(S),所述吸音封围件具有由子结构构成的不规则结构,其中,所述子结构各自具有特征长度尺度(D1,D2、D3)和密度,并且其中,所述子结构是通过3D打印工艺的适当导引而特别形成的并且因此适合于频谱,使得所述子结构在所述能谱的期望抑制范围内消散声音(S)。
11.根据权利要求10所述的封围件(H),其中,所述子结构的结构的组成沿着所述封围件(H)的扩展变化,使得所述结构的所述声音(S)的消散特征适合于所述声音发射源(E)的各向异性发射。
12.根据权利要求10所述的封围件(H),其中,所述中空区域(1、2、3)中的至少一些中空区域以通道状方式彼此连接,使得冷却介质(K)能够被导引通过所述中空区域。
13.根据权利要求10所述的封围件(H),所述封围件被打印在至少部分地封围所述声音发射源(E)的壳体上。
14.根据权利要求10所述的封围件(H),所述封围件形成至少部分地围绕所述声音发射源(E)的壳体(G)。
15.根据权利要求10至14中的一项所述的封围件(H),其中,所述声音发射源(E)以形状配合的方式连接至连接部件(C),其中,所述形状配合连接由使用3D打印工艺制造的阻尼元件(9)形成,使得从所述声音发射源(E)到所述连接部件(C)的结构传播的声音传导在预先确定频率范围内减弱。
16.一种滚子轴承(B),包括根据前述权利要求中的一项所述的封围件(H)。
17.根据权利要求16所述的滚子轴承(B),其中,所述封围件(H)形成具有用于滚动体的滚道的外圈。
CN202280061621.3A 2021-09-14 2022-08-18 吸音封围件(h)以及用于制造吸音封围件(h)的方法 Pending CN117980137A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021123665.7 2021-09-14
DE102021123665 2021-09-14
PCT/DE2022/100614 WO2023041105A1 (de) 2021-09-14 2022-08-18 Schallabsorbierende hülle (h) und verfahren zur herstellung einer schallabsorbieren-den hülle (h)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117980137A true CN117980137A (zh) 2024-05-03

Family

ID=83148977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280061621.3A Pending CN117980137A (zh) 2021-09-14 2022-08-18 吸音封围件(h)以及用于制造吸音封围件(h)的方法

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN117980137A (zh)
DE (1) DE112022004406A5 (zh)
WO (1) WO2023041105A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101151417B (zh) 2005-03-30 2011-05-04 松下电器产业株式会社 吸音结构体
JP2011521130A (ja) 2008-05-23 2011-07-21 イーマンエイト ピーティワィ リミテッド 吸音材料及び吸音材料の製造方法
WO2017182314A1 (de) * 2016-04-18 2017-10-26 Basf Se Anordnung mit schallabsorbierenden und brandhemmenden eigenschaften
WO2019006029A1 (en) 2017-06-27 2019-01-03 Lawrence Livermore National Security, Llc POLYMER COMPOSITES WITH MEMORY OF ELASTOMERIC FORM
DE102017117010A1 (de) * 2017-07-27 2018-07-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlagerkäfig sowie Verfahren zu dessen Herstellung
US11120783B2 (en) * 2018-09-07 2021-09-14 GM Global Technology Operations LLC Composite article for mitigating noise, vibration, and harshness
US20210138726A1 (en) 2019-11-08 2021-05-13 Honeywell Federal Manufacturing & Technologies, Llc System and method for additively manufacturing porous parts via salt micro-spheres

Also Published As

Publication number Publication date
DE112022004406A5 (de) 2024-07-04
WO2023041105A1 (de) 2023-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11227576B2 (en) Continuous degree of freedom acoustic cores
JP6495280B2 (ja) 内部隔壁を有するハニカムを備えた雑音吸収構造体
JP6438025B2 (ja) 音響構造体に使用するための音導波管
US10352210B2 (en) Acoustic device
US20170261226A1 (en) Acoustic metamaterial noise control method and apparatus for ducted systems
JP2006524791A (ja) 騒音抑制燃焼器
JP2019522151A (ja) 慣性増幅機構を有するフォノニック結晶防振体
US11204204B2 (en) Acoustic absorber with integrated heat sink
EP2691947A2 (en) Vibro-acoustic attenuation or reduced energy transmission
KR20160002379A (ko) 가스 터빈용 댐퍼
Yan et al. Design of honeycomb microperforated structure with adjustable sound absorption performance
WO2019005858A1 (en) MICROPERFORATED CONDUIT
CN117980137A (zh) 吸音封围件(h)以及用于制造吸音封围件(h)的方法
US20170248341A1 (en) Sound-damping air conduction part
Stauber et al. Wind turbine noise attenuation using modal structural damping
JP2007102028A (ja) 消音構造体
Sharma Acoustic performance of periodic composite materials
RU2650846C1 (ru) Стенд для акустических испытаний шумопоглощающих панелей
Jebasinski et al. Investigations on whistle noise in automotive exhaust system mufflers
Ranjbar et al. Effect of geometry modification on sound transmis-sion loss in multi-chamber muffler
WO2021200870A1 (ja) 成形体、吸音材、及び振動吸収材
JP2006113323A (ja) 多孔板吸音構造体
GB2428082A (en) Sound absorbing material
RU2639049C1 (ru) Звукоизолирующее ограждение технологического оборудования
JP4408237B2 (ja) 消音器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination