-
Die
Erfindung betrifft eine Verwendung eines akustischen Absorbers,
also eine Vorrichtung zur Dämpfung
von Schallwellen, in einem Kraftfahrzeug speziell zur Abtrennung
von Kofferraum und Fahrgastraum oder zur Abtrennung von Kofferraum
und Ablageraum für
ein Verdeck oder Hardtop.
-
Als
akustische Absorber werden derzeit Vlies- oder Schaumstoffe verwendet,
die auf einem akustisch nicht absorbierenden Träger, also z.B. einem aus Blech
oder Kunststoff gefertigten Träger,
befestigt sind.
-
Nachteilig
bei diesen bekannten akustischen Absorbern ist jedoch, dass sich
ein relativ hoher Fertigungsaufwand ergibt, weil stets die Kombination
mit einem Träger
erforderlich ist.
-
Aus
der
DE 39 13 347 ist
eine Schallisolierung aus Papier bekannt. Danach wird eine Fläche auf
ihrer der Schallquelle zugewandten Seite mit aus Papier hergestellten
Streifen konstanter Höhe
bestückt.
Die Streifen sind so geformt und so angeordnet, dass jeweils zwischen
zwei Streifen Hohlräume gebildet
werden. In dem Berührungsbereich
zweier benachbarter Streifen sind diese miteinander verklebt. Dieses
Verkleben erfolgt bereits vor der Montage der Schallisolierschicht
auf die Fläche.
Eine entsprechend gefertigte Schallisolierschicht wird z.B. durch
Kleben auf der jeweiligen Fläche
befestigt. Die
DE 39 13 347 erwähnt zwar
die Verwendbarkeit der dort vorgeschlagenen Schallisolierung bei
Kraftfahrzeugen jedoch ist die Verwendung der Schallisolierung selbst
als Fahrzeugkomponente, also z.B. als Hutablage bei einer Abtrennung
von Kofferraum und Fahrgastraum, nicht angesprochen.
-
Aus
der
EP 1 188 547 ist
eine schallabsorbierende Verbundplatte bekannt, die vor allem für den Fahrzeugbau
für Nutzfahrzeuge,
Busse, Schiffe und Flugzeuge sowie auch im Hochbau und für industrielle
Anwendungen geeignet sein soll. Entsprechend ist auch in der
EP 1 188 547 die Verwendung der
Schallisolierung selbst als Fahrzeugkomponente nicht angesprochen.
-
In ähnlicher
Weise sind aus der
US 6,182,787 und
der US 2003/0141144 schalldämmende
Platten bekannt, die zur Verwendung im Innern von Flugzeugtriebwerken
vorgesehen ist.
-
Aus
der
DE 39 13 255 ist
eine schalldämmende
Abdeckplatte für
den Einsatz als Decken- oder Wandverkleidung bekannt..
-
Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen akustischen Absorber anzugeben,
der eine ausreichende Eigensteifigkeit (selbsttragendes Bauteil)
bietet, so dass auf einen separaten Träger oder dergleichen verzichtet
werden kann, und der zur Schallreduktion in einem Kraftfahrzeug
verwendbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die
Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass eine schwingende
Luftmasse vor einem Luftvolumen die ursächliche Luftbewegung reaktiv bedämpft und
sich so durch auftretende Überlagerungen
der Schallwellen Auslöschungen
ergeben, die ein Beobachter als Absorption des Schalls wahrnimmt.
Gemäß der Erfindung
wird ein bekanntes Trägermaterial,
das aus Gewichtsgründen
einen Kern aus Pappe mit einer Wabenstruktur aufweist, mit Löchern oder
Bohrungen versehen, die in diesen Kern, also bis in den Bereich
der Waben hineinreichen. Damit werden die Waben zur Schallabsorption
wirksam. Mit einer Vielzahl solcher Bohrungen in der Oberfläche des
Trägermaterials
lässt sich
eine Schallabsorption erreichen, die die Ab sorptionseigenschaften der
bisherigen, zumindest zweiteiligen Absorber, übertrifft. Jeder Hohlraum im
Kern des Absorbers bildet zusammen mit der sie zum Volumen der Umgebungsluft öffnenden
Bohrung einen akustischen Resonator, in dem dem aufgrund eindringender
Schallwellen schwingenden Luftvolumen Energie entzogen wird. Dieser
Energieentzug macht sich als Schallabsorption bemerkbar.
-
Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der akustische Absorber
einstückig
ist und in seiner einstückigen
Ausführung
die Funktion sowohl des akustischen Absorbers als auch des früher zusätzlich erforderlichen
Trägers
vereinigt. Daraus ergeben sich Fertigungsvereinfachungen, denn bei
der Montage eines solchen akustischen Absorbers ist nur ein Teil
im Kraftfahrzeug anzubringen, das noch dazu aufgrund seiner starren
Struktur und augrund seines geringen Gewichts leicht zu handhaben
ist.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Aufgrund
der leichten Herstellbarkeit und der günstigen Stabilitätseigenschaften
ist ein Kern vorgesehen, der eine Wabenstruktur aufweist, so dass
die Hohlräume
des Kerns durch die einzelnen Waben gebildet werden.
-
Ein
solcher Kern lässt
sich besonders einfach fertigen, wenn als Kern eine aus Pappe in
einer Wabenstruktur bestehende Sandwichstruktur, also gewissermaßen eine
Wabenstruktur die sich aufgrund einer Vielzahl von Wellpappschichten
oder dergleichen ergibt, verwendet wird.
-
Zur
Gewährleistung
der gewünschten
statischen und mechanischen Eigenschaften, speziell im Hinblick
auf die gewünschte
Stabilität
des akustischen Absorbers weist dieser eine Deck schicht auf, die
Glasfaser und ein PU-Material umfasst, welches die Deckschicht stoffschlüssig mit
dem Kern verbindet. Die Kombination aus Kern und Deckschicht, speziell
die stoffschlüssige
Verbindung, ist im Hinblick auf Gewicht einerseits und Stabilität andererseits
ein optimales Werkstück.
Der akustische Absorber kann in nahezu jeder gewünschten Form, ggf. unter Berücksichtigung
spezieller Konturen, gefertigt werden. Aufgrund besonderer Oberflächenkonturen
ist es möglich,
dass ein solcher Absorber passgenau in bestimmte Ausnehmungen und
Hohlräume
einer Kraftfahrzeugkarosserie, z.B. im Innern einer Kraftfahrzeugtür, unterhalb
der Motorhaube, eingepasst wird. Aufgrund der Stabilität kann der
akustische Absorber an solchen Stellen die Stabilität der Karosserie
unterstützen
oder als Aggregateträger
für z.B.
Fensterheber incl. Antrieb dienen. Aufgrund seiner Stabilität, speziell
aufgrund der Tatsache, dass der Absorber ein selbsttragendes Bauteil
bildet, kann er aber auch anstelle bisher im Kraftfahrzeug verwendeter
Träger wie
z.B. Hutablage, Türverkleidung,
Reserveradmulde, Laderaumabdeckung, Verdeckkastendeckel oder anstelle
vieler zur Trennung einzelner Abschnitte des Fahrzeugs, wie Fahrgastraum
und Kofferraum, verwendeter Elemente verwendet werden.
-
In
einem Cabriolet ist der Absorber als horizontale Trennung zwischen
einem Raum für
das zurückgelegte
Verdeck und dem Kofferraum vorgesehen. Die Absorberfläche wird
zur Dämpfung
des Rollgeräusches
verwendet.
-
Darüber hinaus
eröffnet
sich ein Einsatzfeld für
solche akustischen Absorber bei der Verwendung als Basis für Fahrzeugdächer, insbesondere
bewegliche Fahrzeugdächer.
Bei beweglichen Fahrzeugdächern
sind sog, retractable Hardtops bekannt, die aus einzelnen Segmenten
bestehen, die beim Entfernen des Dachs zusammengelegt oder zusammen
geschoben werden. Bei Verwendung des akustischen Absorbers gemäß der Erfindung
als Ba sis für
solche Dachsegmente ergibt sich ein besonders leichtes und gleichzeitig
stabiles Dach, so dass die Anforderungen an die Mechanik zu dessen
Bewegung sinken, das gleichzeitig zur Reduktion störender Umgebungsgeräusche im
Fahrgastraum beträgt,
wenn die im Absorber vorgesehenen Bohrungen zur Fahrzeuginnenseite
offen sind.
-
Zur
Gewährleistung
einer gleichmäßigen Schallabsorption
ist bevorzugt vorgesehen, dass die Bohrungen über die Oberfläche der
Deckschicht regelmäßig oder
stochastisch gleichmäßig verteilt
sind.
-
Zur
Absorption von Störgeräuschen in
einem breiten Frequenzband oder zur selektiven Absorption von Störgeräuschen bestimmter
Frequenz sind in der Oberfläche
des akustischen Absorbers Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern
oder Löchern mit
unterschiedlichen Flächen
vorgesehen. Insbesondere sind dabei die Bohrungen mit untereinander jeweils
gleichem Durchmesser regelmäßig oder
stochastisch über
die Oberfläche
der Deckschicht verteilt. Die Gesamtheit der Bohrungen mit jeweils
gleichem Durchmesser trägt
zur Absorption von Störgeräuschen mit
Frequenzen in der Umgebung einer von der jeweiligen Bohrung und
dem darunter liegenden Hohlraum maximal absorbierten Frequenz bei.
Durch geeignete Wahl des Bohrungsdurchmessers ist damit eine selektive
Absorption bestimmter Frequenzbereiche des Störgeräusches möglich.
-
Der
Einsatz des akustischen Absorbers ist nicht nur auf den Kraftfahrzeugbereich
beschränkt. Ein
Einsatz in anderen Fahrzeugen, z.B. Schienenfahrzeugen oder Flugzeugen
ist genauso möglich. Denkbar
ist darüber
hinaus auch ein Einsatz im Bereich der Bauakustik, etwa als Decken-
oder Wandabsorber oder als Basismaterial für variable Trennwände in Büroräumen, akustischen
Veranstaltungsräumen
und dergleichen. Schließlich
kann auch ein Einsatz z.B. bei Möbeln
sinnvoll sein, wenn es z.B. darum geht, in Wohnräumen bestimmte Störgeräusche, etwa
von Klima- oder Lüftungsanlagen,
gezielt zu bedämpfen.
-
Je
nach Anwendungsfall ist vorgesehen, dass die Oberfläche des
Absorbers mit den Bohrungen ein akustisch transparentes Abdeckvlies
aufweist, so dass die optische Anmutung des Fahrzeugteils, das auf
Basis eines solchen Absorbers hergestellt ist, nicht durch die sichtbaren Öffnungen
beeinträchtigt
wird. Dies kommt für
alle sichtbaren Fahrzeugteile, z.B. die beschriebenen Segmente des Fahrzeugdachs
in Betracht. Abhängig
vom Strömungswiderstand
des Abdeckvlieses kann die Absorberwirkung zusätzlich verstärkt werden.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Einander
entsprechende Gegenstände
oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Darin
zeigen
-
1 eine
schematische perspektivische Darstellung eines akustischen Absorbers
mit einem Hohlräume
aufweisenden Kern,
-
2 ein
sich aus einer Gesamtheit von in eine Oberfläche des Absorbers eingebrachten
Bohrungen ergebendes Lochbild und
-
3 eine
schematische Darstellung eines Hohlraums im Absorber mit einer Bohrung,
die den Hohlraum über
die Bohrung mit der Umgebungsluft verbindet.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines akustischen
Absorbers 10 gemäß der Erfindung.
Der akustische Absorber 10, im Folgenden kurz nur als Absorber 10 bezeichnet,
umfasst einen Kern 11 aus einem Hohlräume 12 aufweisenden
Material. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kern 11 ein
Wabenmaterial 13, z.B. Pappe mit einer Wabenstruktur. Die
Hohlräume 12 sind
in der Darstellung nur in Form einzelner jeweils angeschnittener
Waben 14 erkennbar.
-
Der
Kern 11 weist jeweils eine unten und oben liegende Deckschicht 15, 16 auf.
Bei der oder jeder Deckschicht 15, 16 handelt
es sich um eine Glasfaserschicht oder dergleichen, die zusammen mit
einem PU-Material in an sich bekannter Weise einerseits selbst zu
einer starren Schicht und anderseits mit dem Kern 11 verbunden
wird. Insgesamt ergibt sich ein Bauteil, das aufgrund seiner geschichteten
Struktur (untere Deckschicht 15, Kern 11, obere Deckschicht 16)
auch als Sandwichbauteil oder als Sandwichplatte bezeichnet wird.
Durch die Deckschichten 15, 16 und deren stoffschlüssige Verbindung
mit dem Kern 11 ergibt sich ein leichtes und zudem im Hinblick
auf Biegesteifigkeit, Bruchfestigkeit und Durchstoßfe stigkeit
extrem belastbares Bauteil. Zur Verwendung im Automobilbereich ist
es üblich, dass
die Deckschichten 15, 16 den Kern 11 allseitig, also
auch im Bereich etwaiger Seitenflächen, umschließen (nicht
dargestellt).
-
Das
Bauteil (die Sandwichplatte) wird zu einem akustischen Absorber 10 aufgrund
von Bohrungen 17, die in mindestens eine der Deckschichten 15, 16 eingebracht
sind. Damit der akustische Absorber 10 wirksam zur Schallabsorption
verwendbar ist, weist die Oberfläche
der jeweiligen Deckschicht 16 eine Vielzahl solcher Bohrungen 17 auf,
die über
die jeweilige Fläche
z.B. gleichmäßig oder
stochastisch verteilt sind.
-
2 zeigt
die Oberfläche
eines Abschnitts einer mit Bohrungen 17 versehenen Deckschicht 16 des
akustischen Absorbers 10 gemäß der Erfindung. Man erkennt,
dass die Oberfläche
der Deckschicht 16 die Bohrungen 17 in regelmäßiger Verteilung
aufweist. Aufgrund der im Kern 11 enthaltenen Hohlräume 12 (der
Waben 14) ergibt sich, wenn eine Bohrung einen solchen
Hohlraum 12 trifft, ein aufgrund der jeweiligen Bohrung 17 von
aussen zugängliches Volumen,
dessen durch die auftreffenden Schallwellen angeregte schwingende
Luftsäule
die auftreffenden Schallwellen erheblich bedämpft.
-
Die
Oberfläche
der Deckschicht
16 weist, wie in
2 eindeutig
erkennbar, Bohrungen
17 mit unterschiedlichen Durchmessern
auf. Beispielhaft dargestellt sind Bohrungen
17 mit vier
unterschiedlichen Durchmessern. Der Durchmesser der Bohrungen
17 (nachfolgend
mit dem For melzeichen r bezeichnet) ist auf die Wellenlänge der
zu absorbierenden Schallwellen nach dem folgenden mathematischen
Zusammenhang abgestellt,
wobei V für das Volumen des durch die
jeweilige Bohrung
17 geöffneten
Hohlraums
12, l für
die Stärke
der Deckschicht
16, also für die "Tiefe" der Bohrung
17, c für die Schallgeschwindigkeit
und f bzw. ω für die von dem
Hohlraum
12 mit der durch die Parameter V, l und r festgelegten
Geometrie maximal absorbierten Schallwellenfrequenz steht.
-
Die
Absorptionswirkung für
diese Frequenz hängt
dabei maßgeblich
vom Volumen V des Hohlraums
12 ab, wie anhand des zugehörigen formelmäßigen Zusammenhangs
ersichtlich ist,
wobei Q die Resonanzgüte bezeichnet.
Je höher
die Güte
Q, umso besser wird die Frequenz ω selektiv bedämpft.
-
3 zeigt
dazu in einer Schnittdarstellung des Absorbers 10 einen
einzelnen Hohlraum 12, also z.B. eine einzelne Wabe 14,
die durch eine Bohrung 17 durch die obere Deckschicht 16 Verbindung
mit dem Volumen der Umgebungsluft hat. Durch die Bohrung 17 regen
die Schallwellen das Luftvolumen im Hohlraum 12 zu Schwingungen
an und werden durch die Wechselwirkung mit dieser Schwingung ganz oder
teilweise ausgelöscht,
so dass ei ne Absorption der Schallwellen stattfindet, speziell von
solchen Schallwellen, bei denen der jeweilige Hohlraum 12 aufgrund
des Volumens V und des Durchmessers r der Bohrung 17 für eine maximale
Absorption sorgt.
-
In
praktischen Versuchen mit einem erfindungsgemäßen akustischen Absorber 10 haben
sich dessen hervorragende Absorptionseigenschaften für Schallwellen
gezeigt. Beim Einsatz im Kraftfahrzeugbereich kommt es zu unerwünschten
Geräuschen
im Wesentlichen durch das Fahrwerk, den Antrieb und durch Strömungs- und
Windgeräusche.
Solche Geräusche
und das zugehörige
Frequenzspektrum können
erfasst werden. Anhand dieser Informationen kann der akustische
Absorber 10 optimal ausgelegt werden. Bei feststehender
Stärke
des Absorbers 10, also im Wesentlichen bei feststehender
Dicke des Kerns 11, können
die Durchmesser der einzelnen Bohrungen 17 auf die zu absorbierenden
Wellenlängen
der Störgeräusche abgestimmt
werden. Die Dicke des Kerns 11 steht häufig aufgrund vorgegebener
Belastungseigenschaften des Absorbers 10 aufgrund seiner
selbsttragenden Eigenschaft fest, so dass eine Anpassung der Durchmesser
der Bohrungen 17 der bevorzugte Parameter zur Abstimmung des
Absorbers 10 auf die Störgeräusche ist.
Eine Anpassung des Volumens V der Hohlräume durch eine veränderte Wabenstruktur
oder durch Veränderung der
Dicke des Kerns 11 kommt z.B. für Optimierungen in Betracht
oder wenn sich ohne Veränderung der
Dicke des Kerns 11 ein Lochbild (Gesamtheit der Bohrungen 17)
ergibt, das nur unter unwirtschaftlichen Bedingungen herstellbar
ist.
-
Aus
den Daten der Störgeräusche ergibt
sich auch die Anzahl unterschiedlicher Durchmesser der einzelnen
Bohrungen 17. In praktischen Versuchen hat sich herausgestellt,
dass ein Lochbild mit Bohrungen 17 mit vier unterschiedlichen
Durchmessern, konkret mit Durchmessern von 1,5 mm, 2,0 mm, 2,5 mm
und 3,0 mm, zu einer Absorption der Störgeräusche führt, die über der Absorption bisher verwendeter
akustischer Absorber in Form von Vlies- oder Schaumstoff auf einem Trägermaterial
liegt.
-
Damit
lässt sich
die Erfindung kurz wie folgt darstellen:
Es wird ein akustischer
Absorber 10 angegeben, der auf einer selbsttragenden Sandwichplatte
mit einem Hohlräume 12 aufweisenden
Kern 11 basiert, wobei der Kern allseitig von einer Deckschicht 15, 16,
die aus einem Glasfasermaterial besteht, die mit dem Kern stoffschlüssig durch
ein PU-Material verbunden wird, umgeben ist, so dass sich eine äußerst stabile Platte
ergibt, die auf einer Oberfläche,
also in einer der Deckschichten 15, 16, eine Vielzahl
von Bohrungen 17 aufweist, die jeweils zumindest einzelne
Hohlräume 12 im
Kern 11 mit dem Volumen der Umgebungsluft verbinden, so
dass Schallwellen von Störgeräuschen in
diese Eindringen können
und dort absorbiert werden. Der Durchmesser der Bohrungen 17 kann
auf die Frequenzen der zu absorbierenden Schallwellen abgestimmt
werden, so dass eine gezielte Dämpfung
des Störgeräusches,
nämlich
in einem durch den Durchmesser der Bohrungen 17 auswählbaren
Frequenzbereich des Störgeräusches, möglich ist.
Der Absorber ist also für
eine frequenzselektive Dämpfung
des Schalldruckpegels des Störgeräusches geeignet.
Je nach Charakteristik des Störgeräusches kann
der Absorber auch Bohrungen 17 mit jeweils unterschiedlichem
Durchmesser aufweisen, wobei jede Gruppe von Bohrungen 17 mit gleichem
Durchmesser einen Frequenzbereich des Störgeräusches dämpft. Der Absorber kann aufgrund seiner
Stabilität
die bisher verwendeten Absorber sowie deren jeweilige Träger ersetzen.
Dies führt
neben einer Fertigungsvereinfachung zu einer Kosten- und Gewichtsersparnis.
-
- 10
- akustischer
Absorber
- 11
- Kern
- 12
- Hohlraum
- 13
- Wabenmaterial
- 14
- Wabe
- 15
- (untere)
Deckschicht
- 16
- (obere)
Deckschicht
- 17
- Bohrung
