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Die
Erfindung betrifft eine Baumaschine, welche eine Kabine für
einen Fahrer oder Bediener aufweist.
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Eine
größere Baumaschine besitzt häufig eine
Kabine, in welcher ein Fahrer oder Bediener Platz nehmen und die
Maschine bedienen kann. Die Kabine dient zum Schutz des Fahrers
oder Bedieners vor schweren Gegenständen in der Umgebung,
Witterungseinflüssen, Gasen, Dämpfen, Hitze, Kälte oder
zum Schutz vor Umgebungsgeräuschen. Allgemein wird eine
Kabine vorgesehen, um direkte und indirekte negative Auswirkungen
auf die Gesundheit und Sicherheit eines Fahrers oder Bedieners zu
vermeiden und die Unfallgefahr zu verringern. Beim Betrieb von solchen
Maschinen kann es vorkommen, dass in einer derartigen Kabine ein
meist tieffrequentes Geräusch entsteht, das von dem Fahrer
oder Bediener als sehr unangenehm empfunden wird. Dabei ist das
Geräusch in der Umgebung der Baumaschine weniger deutlich
wahrnehmbar als in der zugehörigen Kabine. Dies kann damit
begründet werden, dass die in der Kabine enthaltene Luft
aufgrund der Kabinenabmessungen zu einer Resonanz angeregt wird.
Da sich die Kabine in Ihrem Aufbau und ihren Abmessungen meist nicht
verändern lässt, muss ein Fahrer oder Bediener
diese Belastung bisher hinnehmen.
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Die Richtlinie
2003/10/EG des Europäischen Parlamentes und des
Rates vom 6. Februar 2003 über „Mindestvorschriften
zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der
Gefährdung durch physikalische Einwirkungen (Lärm)” (17. Einzelrichtlinie
im Sinne des Artikels 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG)
legt Mindestanforderungen für den Schutz von Bedienern
gegenüber Lärmeinwirkung fest. In dieser Richtlinie
sind Expositionsgrenzwerte und Auslösewerte in Bezug auf
einen Tages-Lärmexpositionspegel und einen Spitzenschalldruck
festgesetzt. Der untere Auslösewert liegt demnach bei 80
dB(A) bzw. 112 Pa (= 135 db(C) bezogen auf 20 μPa). Überschreitet
die Lärmexposition den unteren Auslösewert, muss
dem Fahrer oder Bediener ein persönlicher Gehörschutz
zur Verfügung gestellt werden. In der Praxis hat sich jedoch
gezeigt, dass eine solche Schutzmaßnahme oft nicht erfolgt oder
ein solcher Gehörschutz nach einer Benutzung von mehreren
Stunden vom Fahrer oder Bediener ebenfalls als unangenehm empfunden
wird. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass der von der
Richtlinie genannten Auslösewert in der Einheit db(A) angegeben
ist, wobei „(A)” einen gewichteten Pegel mit starker
Abwertung der tieffrequenten Geräuschanteile darstellt.
Die tieffrequenten Anteile werden bei einem (A)-bewerteten Pegel
somit kaum berücksichtigt und können ab einem
bestimmten Schalldruckpegel einen sehr unangenehmen oder sogar schädigenden
Ohrdruck in Form einer Belastung der Gehörorgane eines
Fahrers oder Bedieners verursachen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Baumaschine zu schaffen,
welche eine Kabine für einen Fahrer oder Bediener aufweist,
wobei ein in der Kabine auftretendes Geräusch auch im tieffrequenten
Bereich so reduziert ist, dass ein Fahrer oder Bediener während
eines Arbeitstages dieses Geräusch nicht wahrnimmt oder
nicht als unangenehm empfindet. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung,
eine Baumaschine mit einer Kabine zu schaffen, bei der in der Kabine
auftretende Geräusche so gering sind, dass ein Fahrer oder
Bediener keinen Gehörschutz tragen muss.
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Die
Aufgaben werden durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Baumaschine weist einen Geräuschdämpfungs-Hohlraum
auf, welcher an der Kabine angebracht ist, wobei der Geräuschdämpfungs-Hohlraum
mit der Kabine mittels einer Geräuschdämpfungs-Öffnung
verbunden ist. Der Hohlraum bildet mit dem Volumen in der Kabine
ein akustisches System, in dem Schalldruckwellen eine träge
Luftmasse im Bereich der Öffnung zum Schwingen anregen.
Die im Hohlraum vorhandene Luft wirkt als Feder, so dass bei diesem
Aufbau ein Feder-Masse-System vorhanden ist. Die Resonanz des in
der Kabine vorhandenen Luftvolumens lässt sich durch ein
derartiges Feder-Masse-System so verändern, dass Geräusche
innerhalb der Kabine auch im tieffrequenten Bereich deutlich beeinflusst
und verringert werden können.
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Bei
einer Ausführungsform der Baumaschine ist der Hohlraum
an der Kabinendecke oder am Kabinenboden angebracht. Somit wird
eine Rundumsicht für den Fahrer oder Bediener nicht beeinträchtigt.
Der Hohlraum kann innerhalb der Kabine oder außerhalb der
Kabine vorgesehen sein, wobei dies von den Platzverhältnissen
innerhalb der Kabine abhängig gemacht werden kann.
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Um
die Dämpfung den jeweiligen Gegebenheiten am Besten anpassen
bzw. optimieren zu können, ist der Querschnitt der Geräuschdämpfungs-Öffnung
mittels einer Stellvorrichtung veränderbar. Die Stellvorrichtung
kann zum Beispiel ein Schubelement aufweisen, welches seitwärts
bewegt werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
mittels eines Drehelementes den Querschnitt zu variieren. Eine große
Bandbreite zur Dämpfung lässt sich bei einer üblichen
Kabinengröße erreichen, wenn der Querschnitt der Öffnung
in einem Bereich von 0 bis 500 cm2 veränderbar
ist.
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Der
Querschnitt der Öffnung kann zum Beispiel mittels der Stellvorrichtung
auch so veränderbar sein, dass sich Kabinenluft-Resonanzfrequenzen
im Bereich von 10 Hz bis 100 Hz dämpfen lassen. Frequenzen
in diesem Bereich werden bei entsprechendem Schalldruckpegel vom
Menschen allgemein als unangenehmes Dröhnen oder Wummern
empfunden.
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Eine
Kabine einer Baumaschine besitzt meist ein oder zwei Fenster, wobei
im letzteren Fall die Fenster einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Um auch bei einem gekippten oder geöffneten Fenster
eine möglichst gute Geräuschdämpfung
in der Kabine zu erreichen, ist die Öffnung zwischen dem
Geräuschdämpfungs-Hohlraum und der Kabine gemäß einer
Ausführungsform von einer Kabinenwand zur gegenüberliegenden
Kabinenwand im Wesentlichen gleich weit entfernt.
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Eine
besonders vorteilhafte Dämpfung wird erreicht, wenn der
Geräuschdämpfungs-Hohlraum ein Volumen besitzt,
welches mindestens 5% des Kabinenvolumens ist. Je größer
das Hohlraum-Volumen ist, umso wirksamer werden die Geräusche
gedämpft und umso breiter ist der spektrale Wirkbereich,
in dem sich die Geräusche verringern lassen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform handelt es sich bei der Baumaschine um
eine Vibrationswalze.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
weiter beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Baumaschine;
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2 eine
schematische Darstellung einer Kabine mit Geräuschdämpfungshohlraum
gemäß der ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Baumaschine;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Kabine mit Geräuschdämpfungshohlraum
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Baumaschine;
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4 eine
perspektivische Ansicht von der Unterseite der in 3 dargestellten
Kabine;
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5 ein
erstes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Zeit mit A-Bewertung bei einem geöffneten Kabinenfenster;
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6 ein
zweites Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Zeit ohne Bewertung bei einem geöffneten Kabinenfenster;
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7 ein
drittes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Frequenz ohne Bewertung bei geschlossener Geräuschdämpfungs-Öffnung
und einem geöffneten Kabinenfenster;
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8 ein
viertes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Zeit mit A-Bewertung bei einem geöffneten Kabinenfenster;
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9 ein
fünftes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit
von der Zeit ohne Bewertung bei einem geöffneten Kabinenfenster;
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10 ein
sechstes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Frequenz ohne Bewertung bei geschlossener Geräuschdämpfungs-Öffnung
und einem geöffneten Kabinenfenster;
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11 ein
siebtes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Zeit mit A-Bewertung bei geschlossenen Kabinenfenstern;
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12 ein
achtes Schalldruckpegeldiagramm in Abhängigkeit von der
Zeit ohne Bewertung bei geschlossenen Kabinenfenstern.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Baumaschine 1 dargestellt, wobei 2 die zugehörige
Kabine 2 in einer schematischen Querschnittsansicht zeigt..
An der Kabine 2 ist im oberen Bereich ein Geräuschdämpfungs-Hohlraum 3 angebracht.
Der Hohlraum 3 kann sowohl innerhalb als auch außerhalb
der Kabine angebracht sein, wobei dies von den vorhandenen Platzverhältnissen
in der Kabine 2 abhängig gemacht werden kann.
In dem abgebildeten Beispiel ist der Hohlraum 3 in das
Kabinendach integriert, wobei die Kabinendecke den Boden des Hohlraumes 3 bildet.
Die Seitenwände des Hohlraumes 3 bilden eine Verlängerung
der Außenwände der Kabine 2. Die obere
Abdeckung des Hohlraumes 3 bildet das äußere
Kabinendach. Die Grundfläche des Hohlraumes 3 entspricht somit
der Deckenfläche der Kabine 2. Im Vergleich zu herkömmlichen
Kabinen ist daher der obere Bereich entsprechend dem Hohlraumvolumen
größer. Die Seitenwände, der Boden und
die Abdeckung des Hohlraumes 3 können aus Kunststoff,
Metall oder anderen stabilen Materialien hergestellt sein.
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Die
Kabine 2 ist mit dem Hohlraum 3 durch eine Öffnung 4 in
der Kabinendecke zum Geräuschdurchtritt verbunden. Die
Luft in der Kabine 2 kann somit von der Kabine 2 in
den Hohlraum 3 gelangen, wobei die Öffnung 4 einen
relativ engen Querschnitt im Vergleich zum Horizontalquerschnitt
der Kabine 2 und des Hohlraumes 3 aufweist. In 2 ist
im Bereich der Öffnung 4 eine schwingende träge
Luftmasse als punktiert ausgefülltes Rechteck dargestellt. Das
Luftvolumen innerhalb des Hohlraumes 3 ist in 2 als
elastische Feder 3a gezeichnet, so dass ein Feder-Masse-System
vorliegt. Der Querschnitt der Öffnung 4 kann rechteckig
ausgebildet sein. In diesem Fall bietet es sich an, dass eine Schiebevorrichtung 5 zum
Verändern der Querschnittsgröße vorgesehen
ist. Der Schieber kann wahlweise manuell betätigt werden
oder es kann ein elektrischer Antrieb vorgesehen sein. Ein Fahrer
oder Bediener 6 innerhalb der Kabine 2 kann somit
durch einfaches Verschieben oder mittels eines Antriebes den Querschnitt
der Öffnung 4 und somit die Dämpfung
des Systems aus Kabine 2, Hohlraum 3 und Öffnung 4 verändern,
bis eine möglichst gute Beeinflussung des Luftschalls in
der Kabine erreicht wird. Die Geräusche in der Kabine 2 können
durch eine Vibration der Baumaschine 1, zum Beispiel durch
Antriebsaggregate einer Vibrationswalze 9, Unwuchten, Abroll-Fahr-,
Getriebe-, Motorgeräusche oder durch äußere
Geräusche verursacht sein. Das System aus Kabine 2,
Hohlraum 3 und Öffnung 4 bildet eine
abgestimmte akustische Kopplung eines an sich bekannten Helmholtz-Resonators.
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In 3 und 4 ist
eine Kabine 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Baumaschine dargestellt.
Ein Geräuschdämpfungshohlraum 63 befindet
sich am Kabinenboden zum Beispiel unterhalb des Fahrersitzes 61,
wobei eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 63 und dem
Innenraum der Kabine 2 durch eine Öffnung 64 mittels
einer Stellvorrichtung 65 gegeben ist. Die Stellvorrichtung
ist analog zur ersten Stellvorrichtung linear verschiebbar und gibt
eine in der Größe variierbare Öffnung 64 frei.
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Starke
Kabinenluft-Resonanzgeräusche stellen sich oft bei einem
geöffneten Fenster ein. Die Resonanzgeräusche
unterscheiden sich aber von jenen bei zwei geöffneten Fenstern.
In beiden Fällen lässt sich die Dämpfung
gut mit dem oben beschriebenen System aus Kabine, Durchtrittsöffnung
und angeschlossenem Hohlraum anpassen und zeigt auch bei geschlossenen
Fenstern eine gute Wirkung. Die Beeinflussung des Schalldruckpegels
in der Kabine bei der erfindungsgemäßen Baumaschine
ist mittels der Diagramme in den 5 bis 12 ersichtlich.
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5 zeigt
einen Verlauf des Schalldruckpegels in Abhängigkeit von
der Zeit bei einer Resonanzfrequenz von 36 Hz in der Kabine 2 mit
einem geöffneten Seitenfenster, siehe auch 7.
Auf der Ordinate ist der Schalldruckpegel in A-Bewertung (dB(A)) aufgetragen.
Der Verlauf der Kurve 10 zeigt an der Stelle 11,
dass bei geschlossener Öffnung 4 bzw. 64, siehe
Zustand „A” in 5, ein Schalldruckpegel
in der Höhe von 93 dB(A) vorliegt. Dies entspricht einer Situation,
bei der kein Hohlraum 3 oder 63 verfügbar ist.
Etwa 30 Sekunden später, siehe Bezugszeichen 12,
wurde die Öffnung 4 bzw. 64 zum Hohlraum
stufenweise freigegeben, so dass eine Schalldämpfung in
der Kabine 2 eintreten konnte. Die Kurve 10 zeigt an,
dass an der mit Bezugszeichen 13 markierten Stelle nur
noch ein Schalldruckpegel in der Höhe von 79,5 dB(A) vorliegt,
siehe Zustand „B” in 5. Somit wurde
eine Dämpfung von 93 dB(A) auf 79,5 dB(A) und somit um
13,5 dB(A) erreicht. Anschließend wurde die Öffnung 4 bzw. 64 wiederholt
geschlossen und wieder geöffnet, siehe Bezugszeichen 14,
wobei sich die gleichen Schalldruckpegel wie zuvor erreichen ließen.
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6 zeigt
einen Kurvenverlauf 20, bei dem wie bei 5 der
Schalldruckpegel bei geschlossener Öffnung 4 bzw. 64,
siehe „A”, oder freigegebener Öffnung 4 bzw. 64,
siehe „B”, in Abhängigkeit von der Zeit
dargestellt ist. Der Unterschied besteht darin, dass bei dem in 6 dargestellten
Verlauf der Schalldruckpegel unbewertet in dB(L) angegeben ist. Die
starke Verminderung des Schallpegels ist bei dieser Darstellung
besonders deutlich zu erkennen: Der Schalldruckpegel variiert von
127 dB(L) bei geschlossener Öffnung 4 bzw. 64 („A”)
bis zu 109 dB(L) bei freigegebener Öffnung 4 („B”),
so dass eine Dämpfung von 18 dB(L) vorliegt. Dieses Ergebnis
wurde wie bei der in 5 dargestellten Situation bei
einer Resonanzfrequenz von 36 Hz in der Kabine ermittelt.
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8 und 9 zeigen
ein Diagramm 30 bzw. 40, bei dem der Schalldruckpegel
in Abhängigkeit von der Zeit in gleicher Weise wie bei 5 und 6 dargestellt
ist. In der Kabine 2 war ebenfalls ein Seitenfenster geöffnet.
Der Unterschied zu 5 und 6 besteht
in der Resonanzfrequenz der Geräusche in der Kabine, welche
hier bei 30 Hz liegen, siehe 10. Der
Schalldruckpegel reduziert sich von 84 dB(A) bei geschlossener Öffnung 4 bzw. 64 („A” in 8)
auf 78 dB(A) bei freigegebener Öffnung 4 bzw. 64 („B” in 8).
Somit liegt eine Dämpfung um 6 dB(A) vor. 9 zeigt,
dass der unbewertete Schalldruckpegel um 19 dB(L), und zwar von
122 dB(L) bei geschlossener Öffnung 4 bzw. 64 („A” in 9)
auf 103 dB(L) bei freigegebener Öffnung 4 bzw. 64 („B” in 9),
reduziert wird.
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11 und 12 zeigen
jeweils Diagrame mit dem Verlauf des Schalldruckpegels in Abhängigkeit
von der Zeit bei einer Kabine 2, in der die Seitenfenster
verschlossen sind, wobei die Resonanzfrequenz in der Kabine bei
36 Hz liegt. Bei verschlossener Öffnung 4 bzw. 64 liegt
ein Schalldruckpegel in Höhe von 82 dB(A) vor, siehe „A” in 11,
wobei bei freigegebener Öffnung 4 bzw. 64,
siehe „B” in 11, ein
Schalldruckpegel in Höhe von 77 dB(A) vorliegt. Die Dämpfung
liegt somit bei 5 dB(A). Bei unbewerteter Darstellung ergibt sich
eine Dämpfung um 10 dB(L) von 105 dB(L) bei geschlossener Öffnung 4 bzw. 64,
siehe „A” in 12, auf
95 dB(L) bei freigegebener Öffnung 4 bzw. 64,
siehe „B” in 12.
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Die
A-bewerteten Schalldruckpegel liegen bei der erfindungsgemäßen
Baumaschine sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem
Seitenfenster und bei Resonanzfrequenzen von 30 Hz und 36 Hz somit
unter dem in der Richtlinie 2003/10/EG (Lärmschutzrichtlinie)
genannten unteren Auslösewert von 80 dB(A). Damit ist es
gemäß der Richtlinie nicht mehr erforderlich,
dass ein Fahrer oder Bediener einen persönlichen Gehörschutz
tragen muss. Ein tieffrequentes Geräusch wird bei der erfindungsgemäßen
Baumaschine somit wirksam gedämpft. Es wird darauf hingewiesen,
dass die Dämpfung des Schalldruckpegels umso wirksamer
ist, je größer das Luftvolumen in dem Hohlraum 3 bzw. 63 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Richtlinie
2003/10/EG [0003]
- - Richtlinie 89/391/EWG [0003]
- - Richtlinie 2003/10/EG [0033]