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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, um die Geräuschabstrahlung von Motorkomponenten aus Gussaluminium wie zum Beispiel der Ölwanne zu reduzieren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine typische Ölwanne ist unterhalb eines Zylinderblocks und einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors platziert. Die Ölwanne ist so ausgebildet, dass sie Öl empfängt, das vom Zylinderblock und der Kurbelwelle und/oder Hauptlagern, die die Kurbelwelle abstützen, abläuft oder auf andere Weise entweicht. Das Öl sammelt sich in einem Sumpf der Ölwanne und wird dann von einer Aufnahmestelle der Ölwanne in ein mit dem Motor verbundenes Schmiersystem gepumpt. Die Ölwanne neigt zu lauten Geräuschen und Vibrationen, die vom Motor ausgehen.
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Herkömmliche Mittel, um abgestrahlten Schall von Motorkomponenten zu mindern, beinhalten ein Dämpfen der Strukturresonanz, eine akustische Absorption von Schall durch Abdeckungen zur akustischen Absorption und eine Isolierung der Motorkomponente von der Quelle für die eingespeiste Vibrationsenergie am Ort der Befestigung.
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Die geeignete Auswahl der effektivsten Lösung kennt man, nachdem bestimmt ist, ob das abgestrahlte Geräusch das Ergebnis einer resonanten Reaktion oder erzwungenen Reaktion ist. Eine resonante Reaktion bezieht sich auf die Tendenz eines Systems, auf dieses gerichtete Schwingungsenergie bei den Frequenzen, die mit der Eigenfrequenz des Systems übereinstimmen, mehr als bei anderen Frequenzen zu verstärken; das heißt das System strahlt mehr Geräusch bei den resonanten Frequenzen des Systems ab. Eine erzwungene Reaktion bezieht sich auf ein System, das ein Geräusch in einem breiten Frequenzbereich abstrahlt. Im Gegensatz zur resonanten Reaktion gibt es bei der erzwungenen Reaktion keine dominierende spezifische Abstrahlungsfrequenz.
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Abdeckungen zur akustischen Absorption können bei der Fertigung an Ölwannen nicht implementiert werden, da die für Abdeckungen zur akustischen Absorption genutzten Materialien sich unter der Einwirkung von Salz, Wasser, Steinen, Straßentrümmer aus der Umgebung unter dem Fahrzeug und wegen der unmittelbaren Nähe zu Komponenten des Abgassystems mit hohen Temperaturen innerhalb des zur Verfügung stehenden Einbauraums verschlechtern. Das Verfahren der Befestigungsisolierung der Motorkomponente kann bei Motorölwannen aus Gussaluminium nicht genutzt werden, da sie strukturelle Komponenten sind, die auf Biegekräfte des Antriebsstrangs reagieren müssen.
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Aus der
US 5 452 693 A ist eine Ölwanne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Ferner ist aus der
DE 103 02 191 A eine akustisch wirksame Ölwanne bekannt, bei der zur Verringerung der Schallabstrahlung die Wandung der Ölwanne teilweise durch ein mehrlagiges Teil ersetzt ist, das mindestens eine Lage aus einem Metall und mindestens eine Lage aus Kunststoff oder einem viskoelastischen Material aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dauerhaft dichte Ölwanne anzugeben, welche frei von etwaigen Schallemissionsquellen und außerdem wirtschaftlich herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung liefert eine verbesserte Ölwanne, die als Produkt zur Minderung abgestrahlter Geräusche dient. Insbesondere betrifft die Erfindung den Fall einer Schallabstrahlung mittels einer erzwungenen Reaktion mit breitem Frequenzbereich für strukturell steife Motorölwannen aus Gussaluminium. Die Erfindung liefert einen einzigartigen Isolierungsmechanismus, der verhindert, dass die vibrierenden Gussaluminiumplatten an der Ölwanne akustische Energie in breiten höheren Frequenzbereichen abstrahlen.
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Die Vibrationsisolierung erfolgt lokal an den Oberflächen der Ölwanne, nicht an den Befestigungen, die die Ölwanne mit dem Motor verbinden. Das Nettoergebnis ist eine signifikante Reduzierung der Abstrahleffizienz der Ölwanne innerhalb des gewünschten Frequenzbereichs von 2 kHz und darüber.
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Die verbesserte Ölwanne umfasst eine mit der Ölwanne verbundene bzw. gekoppelte isolierende Schicht und eine äußere Barrierenschicht, die mit der isolierenden Schicht gekoppelt ist. In einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung weist die Ölwanne Seitenwände auf, die aus mehreren, verschieden großen flachen Platten bestehen, und die isolierende Schicht ist mit den flachen Platten der Seitenwände gekoppelt.
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In einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung hat die Ölwanne einen unterschiedlich geformten Boden, der Bodenwände definiert, und auf den Seitenwänden und den Bodenwänden der Ölwanne sind strukturelle Rippen vorgesehen. In einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung bestehen die flachen Platten der Ölwanne aus Gussaluminium, besteht die äußere Barriere aus Urethan, und die isolierende Schicht besteht aus Schaumgummi.
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In einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung hat die isolierende Schicht eine Dicke von ungefähr 2,00 bis 3,00 Millimeter. In einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist die äußere Barriere schmelzbeständig bei Temperaturen bis mindestens ungefähr 149° Celsius (300° Fahrenheit).
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Der optimale Entwurf der vorliegenden Erfindung ist bestimmt durch die ausgewählten Materialeigenschaften, das heißt Elastizitätsmodul etc., und die Dicke der isolierenden Schaumgummischicht und der äußeren Barriere aus Urethan.
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Die obigen Merkmale und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung ohne weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht einer verbesserten Ölwanne mit einem Gehäuse zur akustischen Isolierung mittels erzwungener Reaktion;
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2 eine schematische fragmentarische Querschnittansicht der verbesserten Ölwanne durch eine Achse A, wie sie in 1 gezeigt ist; und
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3 eine graphische Darstellung des Frequenzverhaltens der verbesserten Ölwanne, der den abgestrahlten Schallleistungspegel bei verschiedenen Frequenzen veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird eine Vorrichtung geschaffen, um abgestrahlte Geräusche von strukturell steifen Motorölwannen aus Gussaluminium zu mindern. In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ölwanne 10 mit einem Gehäuse zur akustischen Isolierung mittels erzwungener Reaktion veranschaulicht.
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Die Ölwanne 10 hat eine Innenwand 12 und besteht aus mehreren, verschieden großen flachen Platten 14, die deren Seitenwände 16 bilden. Die flachen Platten 14 vibrieren und strahlen Schall ab. Die flachen Platten 14 der Ölwanne 10 sind aus Gussaluminium hergestellt.
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Die Ölwanne 10 weist einen unterschiedlich geformten Baden 18 auf, der Bodenwände definiert. Der Boden 18 hat ein höheres Bodenende 20 und ein tieferes Bodenende, auch bekannt als der Sumpf 22 der Ölwanne. Die Ölwanne 10 weist entlang ihren Seitenwänden 16 sowie auf dem Boden 18 oder Bodenwänden externe strukturelle Rippen 24 auf. Die externen strukturellen Rippen 24 verleihen Steifigkeit und strukturelle Festigkeit, um den Biegekräften des Antriebsstrangs ausreichend standzuhalten. Die Ölwanne hat einen Ablaufstecker 26, der erlaubt, das im Sumpf 22 der Ölwanne gesammeltes Öl durch ihn abläuft. Ansätze 28 für Querbolzen des Hauptlagers und Ansätze 30 zur Befestigung von Halterungen dienen dazu, das Gebilde der Ölwanne 10 zu befestigen.
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Eine äußere Barriere 32 aus Urethan, wie durch das gepunktete Muster in 1 angegeben, ist durch natürliche Adhäsion mit dem unteren Teil der Seitenwände 16 und dem Boden 18 der Ölwanne 10 verbunden. Die äußere Barriere 32 aus Urethan kann bei Umgebungstemperaturen auf die Ölwanne 10 gesprüht werden. Die äußere Barriere 32 aus Urethan ist beständig gegen hohe Temperaturen und schmelzbeständig bis zu einer Temperatur von mindestens ungefähr 149° Celsius (300° Fahrenheit). Um die Masse der Ölwanne 10 nicht zu erhöhen, wird eine dünne Schicht bevorzugt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die äußere Barriere aus Urethan. Andere, für die Funktionen der äußeren Barriere geeignete Materialien können jedoch ebenfalls verwendet werden.
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2 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht der Ölwanne 10 mit einem Gehäuse zur akustischen Isolierung mittels erzwungener Reaktion durch eine Achse A, wie sie in 1 veranschaulicht ist. 2 ist nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Eine dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi, die in 2 dargestellt ist, ist zwischen der äußeren Barriere 32 aus Urethan und der Innenwand 12 der Ölwanne 10 angeordnet. Die dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi kann aus einzelnen Stücken bestehen, die mit einem Klebstoff mit der Außenfläche 36 der Ölwanne 10 verbunden, darauf aufgetragen, geformt oder direkt aufgesprüht werden. Die dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi kann einen wesentlichen prozentualen Anteil der Außenfläche 36 der Ölwanne 10 bedecken, wobei sie die flachen Platten 14 aus Gussaluminium bedeckt. Die dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi kann auf die externen strukturellen Rippen 34 oder auch nicht aufgebracht werden. Die äußere Barriere 32 aus Urethan ist an der dünnen isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi sowie den anderen Oberflächen der Ölwanne 10 angebracht, die durch die dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi nicht bedeckt sein mögen.
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Die Ölwanne 10 ist an einem (nicht dargestellten) Motorblock starr angebracht. Sie neigt zu lauten Geräuschen und Vibrationen, die vom Motor stammen. Pfeile E bezeichnen die durch die Befestigungen übertragene Vibrationseinspeisung des Motors, die die Ölwanne 10 aufnimmt. Pfeile O bezeichnen den gedämpften Schall der von der Ölwanne 10 abgestrahlt wird. Der gedämpfte Schall ist eine Schallabstrahlung mittels einer erzwungenen Reaktion mit breitem Frequenzbereich. Die erzwungene Reaktion bezieht sich auf ein System, das ein Geräusch in einem breiten Frequenzbereich ohne eine dominierende spezifische Abstrahlfrequenz abstrahlt. Die Ölwanne 10 ist aufgrund des Energiepegels, der in sie gepumpt wird, ”gezwungen” zu reagieren.
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Die Ölwanne 10 wird nicht davon abgehalten, zu vibrieren; jedoch wird ein Geräusch, das von der Ölwanne 10 abgestrahlt wird, erheblich gedämpft. Die Vibrationsisolierung erfolgt lokal auf den Oberflächen der Ölwanne, nicht an den Befestigungen, die die Ölwanne mit dem Motor verbinden. Das Nettoergebnis ist eine signifikante Reduzierung der Abstrahleffizienz der Ölwanne innerhalb des gewünschten Frequenzbereichs von 2 kHz und darüber.
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Die dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi und die äußere Barriere 32 aus Urethan können jede beliebige Dicke aufweisen, die genutzt werden kann, um die Seitenwände 16 und den Boden 18 der Ölwanne zu koppeln. Die Dicke der dünnen isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi und der äußeren Barriere 32 aus Urethan wird vorzugsweise optimiert, um Frequenzen oberhalb 2 Kilohertz zu dämpfen. Die Innenwand 12 der Ölwanne 10 hat eine typische Dicke von 4,50 mm. In der bevorzugten Ausführungsform hat die äußere Barriere aus Urethan eine ungefähre Dicke von 2,00 mm, während die dünne isolierende Schicht aus Schaumgummi eine Dicke zwischen 2,00 und 3,00 mm hat.
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Folglich besteht die Vorrichtung zur Geräuschminderung aus einer Ölwanne 10, einer isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi, die mit der Ölwanne gekoppelt ist, und einer äußeren Barriere 32 aus Urethan, die mit der isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi gekoppelt ist. Ein signifikanter Teil der Vibrationen mit hoher Frequenz von den Oberflächen der Ölwanne aus Gussaluminium wird durch die dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi an bestimmten Plattenstellen wegen der ausgewählten Differenzen in den Verbindungsmobilitäten, d. h. der unterschiedlichen Abstrahleffizienzen aufgrund der Materialeigenschaften jeder Komponente, isoliert.
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Der optimale Entwurf der vorliegenden Erfindung ist durch die ausgewählten Materialeigenschaften, das heißt Elastizitätsmodul etc., und die Dicke der isolierenden Schaumgummischicht 34 und der äußeren Barriere 32 aus Urethan bestimmt.
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Eine zweiter Vorteil besteht darin, dass die äußere Barriere 32 aus Urethan Energien mit hohen Frequenzen nicht effizient abstrahlt, das heißt sie hat im Vergleich zu Aluminium eine viel geringere Abstrahleffizienz bei hohen Frequenzbändern. Etwaige Energie hoher Frequenz, die durch die Aluminiumölwanne übertragen wird, wird durch die äußere Barriere aus Urethan erheblich weniger wahrscheinlich weiter übertragen. Folglich wird der Schall mit hoher Frequenz, der von der gegen hohe Temperaturen beständigen äußeren Barriere aus Urethan abgestrahlt wird, aufgrund des optimierten Frequenzbereichs seiner Abstrahleffizienz weiter gedämpft.
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In 3 ist eine graphische Darstellung des Frequenzverhaltens der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Frequenzverhalten ist das Maß der Reaktion eines beliebigen Systems am Ausgang auf ein Signal unterschiedlicher Frequenz an seinem Eingang. 3 veranschaulicht die abgestrahlten Schallleistungspegel für die verbesserte Ölwanne 10 bei verschiedenen Frequenzen. Die x-Achse repräsentiert die Eingangsfrequenz in Hertz (Hz), die von 230 Hz bis ungefähr 8000 Hz reicht. Die y-Achse repräsentiert den abgestrahlten Schallleistungspegel in Dezibel A-gewichtet (dBA), der von 40 bis 80 dBA reicht.
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Eine Linie U repräsentiert das Frequenzverhalten für eine unbehandelte herkömmliche Ölwanne. Eine Linie I repräsentiert die Frequenzverhalten für die verbesserte Ölwanne 10, wobei eine dünne isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi mit der Ölwanne gekoppelt ist und eine äußere Barriere 32 aus Urethan mit der isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi gekoppelt ist. Wie man aus 3 erkennen kann, strahlt die verbesserte Ölwanne 10 (Linie I) verglichen mit der unbehandelten herkömmlichen Ölwanne (Linie U) viel weniger Geräusch bei Frequenzen jenseits 2000 Hz ab.
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In den veranschaulichten Ergebnissen hatte die äußere Barriere aus Urethan eine ungefähre Dicke von 2,00 mm, während die dünne isolierende Schicht aus Schaumgummi eine Dicke zwischen 2,00 und 3,00 mm aufwies. Die Ergebnisse wurden bei Standardbetriebsbedingungen einer Last ermittelt, wobei der Motor bei 2500 Umdrehungen pro Minute drehte und das Motorlast/Arbeit bei 124 Nm lag. Die Basislinie von 0 dBA entspricht 1 pW oder 10–12 W.
