DE102015000196A1

DE102015000196A1 - Schallreduktionsvorrichtung sowie ein Fügeverfahren und ein Bauteilbearbeitungsverfahren mit Schalldämmung

Info

Publication number: DE102015000196A1
Application number: DE102015000196.5A
Authority: DE
Inventors: Torsten Draht
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-07-21
Also published as: US20180001428A1; EP3233371A1; CN107405739A; WO2016113085A1

Abstract

Vorliegende Erfindung offenbart eine Schallreduktionsvorrichtung zum Einsatz bei einem mechanischen Bearbeitungsverfahren oder einem Fügeverfahren, insbesondere einem impulsartigen Fügeverfahren. Die Schallreduktionsvorrichtung umfasst eine Einspannvorrichtung mit der mindestens ein zu bearbeitendes Bauteil an einer Mehrzahl von Klemmstellen klemmbar ist, sowie eine Mehrzahl von Angriffskomponenten, die an eine Anzahl von Angriffsstellen an der Bauteiloberfläche angreift, um Schwingungen des Bauteils zu dämpfen. Des Weiteren offenbart vorliegende Erfindung ein Fügeverfahren und ein Bearbeitungsverfahren in Kombination mit der Schallreduktionsvorrichtung.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schallreduktionsvorrichtung zum Einsatz bei einem mechanischen Bearbeitungsverfahren eines Bauteils oder einem Fügeverfahren, insbesondere bei einem impulsartigen Fügeverfahren, von mindestens zwei Bauteilen. Des Weiteren betrifft vorliegende Erfindung ein Fügeverfahren zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten Bauteils, insbesondere ein impulsartiges Fügeverfahren, bei dem mithilfe der Schallreduktionsvorrichtung eine Schalldämmung und somit eine reduzierte Lärmbelastung erzielt wird. Außerdem betrifft vorliegende Erfindung ein Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Bauteils, beispielsweise ein Trenn- oder Fräsverfahren, bei dem mithilfe der Schallreduktionsvorrichtung eine reduzierte Lärmbelastung der Umgebung erzielbar ist.
2. Hintergrund der Erfindung
In der Industrie sind verschiedene Bearbeitungsverfahren, beispielsweise von Blechen, bekannt, die nur mit einer relativ hohen Lärmemission realisiert werden können. Zu derartigen Bearbeitungsverfahren zählt beispielsweise das Sägen oder allgemein Trennen von großflächigen Blechbauteilen. Des Weiteren sind Fügeverfahren bekannt, wie das Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen gemäß EP 1 926 918 B2 , bei dem ebenfalls eine hohe Lärmbelastung für die Umgebung auftritt. Dies liegt daran, dass zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen ein Bolzen in den Bauteilverbund eingeschossen wird, wobei der auf die Bauteile auftreffende Bolzen einen Teil seiner kinetischen Energie in Bauteilschwingungen und somit Lärm für die Umgebung umwandelt. Obwohl dieses Verbindungsverfahren für verschiedene Arten von Verbindungen gerade im Automobilbau anwendbar ist, stellt die hohe Lärmbelastung der Umgebung einen wesentlichen Nachteil dar. Daher werden mit einem kostenintensiven Aufwand derzeit Fertigungseinheiten mit Schallschutzkabinen umgeben. Dies reduziert einerseits die Lärmbelastung der Umgebung, führt aber andererseits zu einem erhöhten Platzbedarf und zusätzlichen Produktionskosten bei Einhaltung der Lärmschutzbedingungen in der Produktionsstraße.
Bei den bekannten Bearbeitungsverfahren und Fügeverfahren wird in den Bauteilen eine mechanische Schwingung erzeugt, die wiederum den Körperschall entstehen lässt. Der Körperschall, der vom Bauteil in Luftschall umgewandelt wird, hängt neben der angewandten Bearbeitungs- oder Fügemethode vom Material und von der Konstruktion des bzw. der Bauteile ab. Zudem hat die Anordnung der Bauteile in Bezug auf das umgebende Medium während des Fügens oder Bearbeitens einen Einfluss. Da die Bauteilgeometrie beispielsweise im Fahrzeugbau zwingend vorgegeben ist, lässt sich über die Veränderung der Konfiguration des Bauteils nicht der Körperschall reduzieren. Daher wird beispielsweise in der Fahrzeugindustrie die Lärmbelastung durch eine vollständige Einhausung von Maschine und zu bearbeitendem Bauteil realisiert. Im Gegensatz dazu werden beispielsweise in der Bauindustrie großflächige Bauteile in Sandwich-Konstruktionen verbaut. Diese Sandwich-Konstruktionen umfassen flächenartige Konstruktionsbauteile aus schwingenden Materialien, wie beispielsweise Metall. Um bei derart verbauten Konstruktionsbauteilen die Lärmerzeugung, Lärmreflektion und ein Lärmisolationsverhalten zu unterstützen, wird das Bauteil einseitig oder beidseitig mit einem viskoelastischen Material beschichtet. Der im Bauteil erzeugte Körperschall wird durch die Dämpfungseigenschaften des viskoelastischen Beschichtungsmaterials gedämpft. Da großflächige Bauteile in der Bauindustrie oder im Waggonbau vorgefertigt werden können, ohne dass sie einer weiteren mechanischen oder thermischen Belastung unterzogen werden müssen, bietet sich die Verarbeitung von großflächigen Sandwich-Strukturen an. Ist es jedoch erforderlich, derartige Sandwich-Strukturen thermisch zu belasten, beispielsweise beim thermischen Trocknen von katodischtauchlakierten (KTL) Karosserieteilen bei 180°C, dann würden die oben beschriebenen viskoelastischen Dröhnungsbelege dieser Konstruktionsbauteile thermisch oder chemisch zerstört werden. Daher wird bisher in der Automobilindustrie die schalldämmende Einhausung von Fertigungsstationen bevorzugt.
Bezugnehmend auf den bekannten Stand der Technik ist es daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, alternativ zur schalldämmenden Einhausung von Bearbeitungs- oder Fertigungsstationen eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen unter Verzicht auf die schalldämmende Einhausung eine reduzierte Lärmbelastung der Umgebung erzielbar ist.
3. Zusammenfassung vorliegender Erfindung
Die obige Aufgabe wird durch eine Schallreduktionsvorrichtung zum Einsatz bei einem mechanischen Bearbeitungsverfahren oder einem Fügeverfahren, insbesondere bei einem impulsartigen Fügeverfahren, gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, durch ein Fügeverfahren zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten Bauteils, insbesondere ein impulsartiges Fügeverfahren gemäß Anspruch 8, sowie durch ein Bearbeitungsverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der detaillierten Ausführungsformen sowie den begleitenden Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung zum Einsatz bei einem mechanischen Bearbeitungsverfahren oder einem Fügeverfahren, insbesondere bei einem impulsartigen Fügeverfahren, weist die folgenden Merkmale auf: eine Einspannvorrichtung, mit der mindestens ein zu bearbeitendes Bauteil oder eine Mehrzahl von miteinander zu verbindenden Bauteilen an einer Mehrzahl von Klemmstellen zwischen jeweils miteinander zusammen wirkenden Komponenten lösbar klemmbar ist, sodass die Bearbeitung oder das Verbinden gewährleistet ist, und wobei eine Anzahl von Angriffsstellen mit entsprechenden Angriffskomponenten vorgesehen ist, mit denen das Bauteil in zumindest einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich zumindest einseitig angreifbar ist, sodass eine Bauteilschwingung dämpfbar ist verglichen mit einer Bauteilschwingung ohne die Angriffskomponenten. Vorzugsweise ist mit einer Anzahl von Klemmstellen mit entsprechenden Befestigungskomponenten das mindestens eine Bauteil oder die Mehrzahl von Bauteilen an einer Basis befestigbar.
Bekannte Bauteile unterschiedlichster Konstruktion lassen sich meist in unterschiedliche Bereich aufteilen. Ein äußerer Randbereich des Bauteils ist geeignet, um das Bauteil oder eine Mehrzahl von Bauteilen an einer Basis zu befestigen. Eine derartige Randbefestigung ist platzsparend und erfordert zudem begrenzten konstruktiven Aufwand, da nicht konstruktiv aufwendig Bauteilbereiche übergriffen werden müssen, um eine Befestigung im inneren Bereich eines Bauteils oder eines Bauteilstapels zu erzielen. Darüber hinaus weisen Bauteile, wie beispielsweise Trägerstrukturen oder abdeckende Blechelemente aus der Fahrzeugindustrie, flächige Abschnitte auf, die für eine Bauteilschwingung während eines Füge- oder eines Bearbeitungsverfahrens anfällig sind. Das bedeutet, dass durch Bearbeitungsverfahren und Fügeverfahren erzeugte Schwingungen gerade durch diese flächigen Bereiche aufgenommen und in Körperschall umgewandelt werden. Dieser Körperschall führt zu einer Lärmbelastung der Umgebung. Gemäß vorliegender Erfindung sieht die Schallreduktionsvorrichtung neben den Befestigungskomponenten der Klemmstelle auch eine Anzahl von Angriffsstellen mit entsprechenden Angriffskomponenten vor. Diese Angriffskomponenten stellen mechanische, bewegbare Konstruktionen dar, die punktuell oder flächig in ausgewählten Bauteilbereichen am Bauteil über eine Angriffsfläche in Anlage gebracht werden können. Ein derartiger Angriff der mindestens einen Angriffskomponente in einem der oben genannten flächigen Bereiche des Bauteils reduziert die mechanische Schwingung des Bauteils und somit den Körperschall dieses Bauteilbereichs. Vorzugsweise greifen die Angriffskomponenten der Angriffsstellen einseitig oder beidseitig an einem Bauteil oder einem Stapel von Bauteilen an, um eine Dämmung des Körperschalls des Bauteils oder des Stapels von Bauteilen zu realisieren. Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen vorliegender Erfindung, wie sie unten näher beschrieben sind, wird die Anzahl von Angriffsstellen, ihre Anordnung, die Größe der Angriffsstelle, die am Bauteil anliegt, sowie das Material, aus dem das Endstück der Angriffskomponente angreifend an dem Bauteil besteht, variiert, um eine optimale Dämmung des Körperschalls zu realisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schallreduktionsvorrichtung ist die Anzahl von Klemmstellen in einem Randbereich eines Bauteils anordenbar, während der schwingungsempfindliche Bauteilbereich mit einer Fläche im Bereich von 100 cm² bis 10 m² durch die Angriffskomponenten angreifbar ist. Es wurde erkannt, dass gerade Bauteilbereiche ab einer Flächengröße von 100 cm² die Entstehung von Körperschall eines zu bearbeitenden oder eines zu fügenden Bauteils begünstigen. Daher ist es bevorzugt, Bauteilbereiche mit einer Mindestgröße von 100 cm² bis 10 m² durch den Angriff eines oder einer Mehrzahl von Angriffskomponenten in seiner Körperschall erzeugenden Schwingung zu behindern. Auf diese Weise wird die Lärmemission des Bauteils reduziert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Schallreduktionsvorrichtung ist das Bauteil mit 1 bis 3 Angriffskomponenten pro Einheitsfläche von 100 cm² des schwingungsempfindlichen Bauteilbereichs angreifbar. Das bedeutet, dass für ein Flächensegment von 100 cm² des schwingungsempfindlichen Bauteilbereichs vorzugsweise 1 bis 3 Angriffskomponenten vorgesehen sind, um an der Bauteiloberfläche anzugreifen und dadurch Schwingungen des Bauteils zu verringern. Vorzugsweise sind die 1 bis 3 Angriffskomponenten beliebig in dem Flächensegment von 100 cm² Größe verteilt. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei oder drei Angriffskomponenten linear nebeneinander und gleichmäßig beabstandet in dem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich oben angegebener Größe angeordnet. Es ist ebenfalls bevorzugt, mehr als drei Angriffskomponenten in dem angegebenen Flächenbereich vorzusehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung weist die Angriffskomponente eine Angriffsfläche angreifend am Bauteil auf, die aus Metall oder Kunststoff oder einem Hybrid bestehend aus Metallkern und Kunststoffhülle oder Bitumen oder Silikon besteht. Die an der Bauteiloberfläche vorzugsweise anliegenden Angriffskomponenten dämmen die im Bauteil vorhandenen Schwingungen und damit den Körperschall. In Abhängigkeit von der Bauteilkonfiguration ist es bevorzugt, die am Bauteil angreifenden Angriffsflächen der Angriffskomponente aus unterschiedlichen Materialien vorzusehen. Je nach Art des Materials können mit diesen materialspezifischen Angriffsflächen gezielt Schwingungen des Bauteils gedämpft werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schallreduktionsvorrichtung weist mindestens eine Angriffskomponente eine Schalldämpfungsauflage auf, die in mindestens einem Bauteilbereich an das mindestens eine Bauteil einseitig andrückbar ist, sodass eine durch das Bauteil emittierte Schallenergie dämmbar ist. Entsprechend wird die Angriffskomponente bevorzugt nicht nur mit einer punktuellen Angriffsfläche sondern mit einer größeren Schalldämpfungsauflage ausgestattet. Diese Schalldämpfungsauflage hat vorzugsweise eine Größe von > 1 cm² und ist auf die Größe des schwingungsempfindlichen Bauteilbereichs abstimmbar. Je mehr Fläche des schwingungsempfindlichen Bauteilbereichs durch eine oder mehrere Schalldämpfungsauflagen abgedeckt wird, umso effektiver ist der durch das Bauteil erzeugte Körperschall dämpfbar. Es versteht sich, dass die oben genannten Angriffskomponenten der Angriffsstellen in ihren unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsformen nur temporär auf die Bauteiloberfläche, einseitig oder beidseitig, aufgesetzt bzw. an diese angedrückt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schallreduktionvorrichtung besteht die oben genannte Schalldämpfungsauflage aus einem Material, das durch einen Verlustfaktor d im Bereich von 0,05 ≤ d ≤ 1 charakterisiert ist. Der Verlustfaktor d beschreibt das Dämmvermögen des Materials der Schalldämpfungsauflage für eine Schwingung in einem Bauteil, die einen Körperschall bewirkt. Dieser Verlustfaktor d ist basierend auf der DIN EN ISO 6721-3 bestimmbar, auf die hiermit bezuggenommen wird. In der DIN EN ISO 6721-3 sind eine Prüfeinrichtung, die Konfiguration eines Probekörpers, die Durchführung einer Messung, die Auswertung und Darstellung der Messergebnisse sowie die Berechnung des Biege-Verlustfaktors d beschrieben. Anhand dieser Beschreibung ist es möglich, bestimmten bevorzugten Konfigurationen vorliegender Erfindung den speziellen Verlustfaktor d zuzuordnen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schallreduktionvorrichtung wird diese in Kombination mit einem impulsartigen Fügeverfahren, vorzugsweise mit einem Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen, eingesetzt, mit dem die zu verbindenden Bauteile fixiert und eine von den zu fügenden Bauteilen abgegebene Schallenergie dämmbar ist. Ein derartiges Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen ist in dem europäischen Patent EP 1 926 918 B2 beschrieben, worauf für die technischen Details dieses Verfahrens bezuggenommen wird.
Vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein Fügeverfahren zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten Bauteils, insbesondere ein impulsartiges Fügeverfahren, das die folgenden Schritte aufweist: Lösbares Fixieren der mindestens zwei Bauteile mithilfe einer Einspannvorrichtung, mit der eine Mehrzahl von miteinander zu verbindenden Bauteilen an einer Mehrzahl von Klemmstellen zwischen jeweils miteinander zusammenwirkenden Befestigungskomponenten geklemmt werden, wobei die Mehrzahl von Klemmstellen die Mehrzahl von Bauteilen an einer Basis befestigt, sodass ein Fügen der Bauteile gewährleistet ist, und zumindest einseitiges Angreifen von mindestens einer Angriffskomponente in zumindest einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich der mindestens zwei Bauteile an mindestens einer Angriffsstelle, sodass eine Bauteilschwingung dämpfbar ist verglichen mit einer Bauteilschwingung ohne die Angriffskomponente, und Fügen der mindestens zwei Bauteile.
Gemäß dem obigen Fügeverfahren werden zunächst die mindestens zwei Bauteile temporär und lösbar mit den Befestigungskomponenten der Einspannvorrichtung an einer Basis befestigt. Diese Befestigungskomponenten entsprechen den oben beschriebenen Befestigungskomponenten der Klemmstellen der Schallreduktionsvorrichtung. Nachdem die mindestens zwei Bauteile lösbar fixiert worden sind, wird mindestens eine Angriffskomponente derart bewegt, dass sie in einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich der mindestens zwei Bauteile angreift. Dieser Angriff der Angriffskomponente realisiert ein Dämmen möglicher Schwingungen der mindestens zwei Bauteile, sodass auftretender Körperschall während des Fügens der mindestens zwei Bauteile reduziert wird. Die hier genannten Angriffskomponenten entsprechen den oben beschriebenen Angriffskomponenten der Schallreduktionsvorrichtung. Nachfolgend werden die mindestens zwei Bauteile gefügt, wobei vorzugsweise unterschiedliche Fügeverfahren eingesetzt werden. Zu diesen Fügeverfahren gehört die Gruppe der impulsartigen Fügeverfahren, wie beispielsweise das Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen (siehe oben) und das Impuls-Stanznieten. Weitere Fügeverfahren sind das Stanznieten mit Halbhohlstanzniet oder Vollstanzniet, das Blindnieten mit Zugdornabriss, das Clinchen und das Einbringen einer Fließformschraube. Im Gegensatz zum Einbringen der Fließformschraube werden also bevorzugt impulsartige Fügeverfahren eingesetzt, in denen das Fügeelement nahezu drehungsfrei in die mindestens zwei Bauteile eingebracht wird. Des Weiteren werden Fügeverfahren eingesetzt, bei denen ein Schlag auftritt und/oder in denen auch ein Drehen des Fügeelements vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist in dem Fügeverfahren die Anzahl von Klemmstellen in einem Randbereich eines Bauteils angeordnet, während die Angriffskomponenten der Angriffsstellen in mindestens einem Flächenbereich in der Größe von 100 cm² bis 10 m² angreifen. Weiterhin bevorzugt umfasst das Fügeverfahren den folgenden Schritt: Aufbringen mindestens einer Schalldämpfungsauflage auf die Bauteiloberfläche mithilfe der mindestens einen Angriffskomponente, sodass ein Betrag einer emittierten Schallenergie während des Fügeverfahrens geringer ist als ein Schallenergiebetrag ohne eine Nutzung der Schalldämpfungsauflage. Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Schalldämpfungsauflage wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Bearbeitungsverfahren für mindestens ein Bauteil, das die folgenden Schritte aufweist: lösbares Fixieren des mindestens einen Bauteils mithilfe einer Einspannvorrichtung, mit der das mindestens eine Bauteil an einer Mehrzahl von Klemmstellen zwischen jeweils miteinander zusammenwirkenden Befestigungskomponenten geklemmt wird, wobei die Mehrzahl von Klemmstellen das mindestens eine Bauteil an einer Basis befestigt, sodass eine Bearbeitung des mindestens einen Bauteils gewährleistet ist, und zumindest einseitiges Angreifen von mindestens einer Angriffskomponente in zumindest einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich des mindestens einen Bauteils an mindestens einer Angriffsstelle, sodass eine Bauteilschwingung dämpfbar ist verglichen mit einer Bauteilschwingung ohne die Angriffskomponente, und Bearbeiten des mindestens einen Bauteils.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Fügeverfahrens mit einer Schallreduktionsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung,
2 eine weitere schematische Darstellung einer bevorzugten Bauteilanordnung und
3 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens und des Bearbeitungsverfahrens.
5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung
Bezugnehmend auf 1 werden am Beispiel eines Fügeverfahrens, vorzugsweise eines impulsartigen Fügeverfahrens, Aufbau, Funktion und Verwendung einer Schallreduktionsvorrichtung beschrieben. Die Schallreduktionsvorrichtung ist in Kombination mit Bearbeitungsverfahren in gleicher Weise einsetzbar wie in Kombination mit Fügeverfahren. Sobald das Bearbeitungsverfahren oder Fügeverfahren, wie bspw. Sägen, Stanzen, Biegen, Bolzensetzen, Schwingungen in dem bearbeiteten Bauteil oder in einer Mehrzahl von Bauteilen erzeugt, werden diese als Körperschall wahrgenommen. Körperschall wird als Luftschall oder Lärm an die Umgebung übertragen. Zudem ist es möglich, dass Körperschall zwischen aneinander angrenzenden Bauteilen übertragen wird. Um die Lärmbelastung der Umgebung zu reduzieren, wird durch vorliegende Erfindung der Körperschall gedämpft.
2 zeigt eine schematische Darstellung von zwei beispielgebenden Bauteilen B1 und B2. Das Bauteil B1 ist ein Profil, hier ein Hutprofil. Es ist ebenfalls denkbar, dass es sich um ein T-Profil, ein L-Profil, ein Rohrprofil oder um ein H-Profil handelt. Derartige Profile weisen teilweise ausgedehnte Flächenbereiche auf, die empfänglich für Schwingungsanregung und somit für die Erzeugung von Körperschall sind. Derartige Bereiche werden als schwingungsempfindliche Bauteilbereiche 30 bezeichnet. Sie sind zumeist größer als ein Flanschbereich 32 oder ein Stegbereich 34, der häufig schwingungshemmende Klemmstellen 12 aufweist. Schwingungsempfindliche Bauteilbereiche 30 weisen aufgrund dieser Charakterisierung vorzugsweise eine Größe G von 100 cm² ≤ G ≤ 10 m² auf.
Erneut bezugnehmend auf 2 ist hier schematisch die Kombination des Profilbauteils B1 mit bspw. einem Deckblech oder allgemein einem flächigen Bauteil B2 gezeigt. Beide Bauteile B1 und B2 weisen aufgrund ihrer Flächengröße schwingungsempfindliche Bauteilbereiche auf, die bevorzugte Quellen von Körperschall darstellen. Es wurde erkannt, dass durch ein punktuelles wie auch durch ein flächiges Angreifen, vorzugsweise ein einseitiges oder ein zweiseitiges Angreifen, an derartigen schwingungsempfindlichen Bauteilbereichen 30 eine Bauteilschwingung und damit Körperschall dämpfbar ist. In diesem Zusammenhang wird vorzugsweise eine Anzahl von Angriffsstellen 22 pro Bauteilbereich 30 und/oder eine Größe der an der Bauteiloberfläche anliegenden Angriffskomponente 24, 26 und/oder ein Material der am Bauteil B1, B2 anliegenden Angriffskomponente 24, 26 gezielt verändert, um das Dämmverhalten angepasst auf die Bauteile B1, B2 einstellen zu können. Dies ist in 2 im Verhältnis zu den unterschiedlichen schwingungsempfindlichen Bauteilbereichen 30 der Bauteile B1 und B2 angedeutet.
Vorzugsweise werden bezogen auf den schwingungsempfindlichen Bauteilbereich 30 mit einer Flächeneinheit von 100 cm² ein bis drei, vorzugsweise ein oder zwei, Angriffskomponenten 24 angreifend an der Bauteiloberfläche angeordnet. Diese Angriffskomponenten 24 sind bevorzugt gleichmäßig über die Flächeneinheit verteilt und regelmäßig angeordnet. Entsprechend greifen dann vorzugsweise drei bis neun Angriffskomponenten 24 an einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich 30 einer Größe von ca. 300 cm² an, da dieser aus drei Flächeneinheiten von je 100 cm² besteht.
1 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung für ein impulsartiges Fügeverfahren der beiden Bauteile B1 und B2. Vorzugsweise wird als impulsartiges Fügeverfahren ein Bolzensetzverfahren gemäß EP 1 926 918 B2 eingesetzt. Für die verschiedenen Verfahrensgestaltungen des Bolzensetzens wird auf das genannte europäische Patent bezuggenommen, das hiermit in die Beschreibung aufgenommen ist.
Gemäß 1 ist das Bauteil B1 ein Profilbauteil mit dem Flansch 32. Am Flansch 32 ist eine Mehrzahl von Klemmstellen 12 vorgesehen, an denen das Bauteil 1 an einer Basis 16, bspw. eine Aufspanneinrichtung oder eine Trägerstruktur, lösbar fixierbar ist. Zu diesem Zweck ist in der Umgebung jeder Klemmstelle 12 eine bewegbare Einspannvorrichtung 10 angeordnet. Diese besteht bspw. aus mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Befestigungskomponenten 14, 16. In diesem Fall sind die relativ zueinander bewegbaren Befestigungskomponenten 14, 16 ein Klemmarm oder ein Klemmmechanismus 14, der gemäß 1 schwenkbar ist, sowie die Basis 16, die eine feste Auflage bezogen auf die Bauteile B1, B2 bildet. Die Schwenkbewegung des Klemmarms 14 dient der Bewegung zwischen einer Klemmposition, in der das oder die Bauteile 1, 2 zwischen Klemmarm 14 und Basis 16 fixiert sind, und einer Löseposition, in der das/die Bauteile 1, 2 nicht mehr fixiert sind. Es versteht sich, dass der Klemmmechanismus 14 auch alternative Bewegungen durchführen kann, um sich zwischen Löseposition und Klemmposition zu bewegen. Optional ist unterhalb oder angrenzend an einen Fügebereich der Bauteile B1 und B2 (in 1 durch die Bauteile B1 und B2 abgedeckt und daher nicht gezeigt) ein konstruktives Unterstützungselement angeordnet, so dass die Bauteile B1 und B2 durch den Fügevorgang nicht überlastet werden.
Obwohl die Bauteile B1 und B2 an den Klemmstellen temporär fixiert sind und optional eine mechanische Unterstützung (nicht gezeigt) angrenzend an oder im Fügeberich aufweisen, sind diese Klemmstellen 12 nicht ausreichend, um den Körperschall der Bauteile B1, B2 während des Fügeverfahrens durch ein Setzgerät S ausreichend zu verhindern. Wie man anhand von 1 erkennen kann, werden die Bolzen 40 innerhalb der schwingungsempfindlichen Bereiche 30 oder in Bereichen angrenzend an diese schwingungsempfindlichen Bauteilbereiche 30 gesetzt. Dies unterstützt das Auftreten von Körperschall und die damit verbundene Lärmbelastung.
Im Hinblick auf eine reduzierte Lärmemission beim Fügen und Bearbeiten der Bauteile B1, B2 ist es bevorzugt, eine Fügezone, also der Bereich, in den die Bolzen 40 gesetzt werden, möglichst nahe bei den Klemmstellen 12 anzuordnen. Auf diese Weise kann bereits eine Bauteilschwingung durch die Klemmstellen 12 reduziert werden.
Es ist des Weiteren bevorzugt, eine bis 10 Klemmstellen pro Einheitslänge von 1 m des Bauteils B1; B2 anzuordnen, um das Bauteil B1; B2 beispielsweise im Flanschbereich lösbar zu fixieren.
Gemäß 1 stellt der flächige Bereich zwischen den Flanschen 32 und Stegen 34 des Bauteils B1 einen schwingungsempfindlichen Bauteilbereich 30 dar. Dieser ist auf der rechten Bildseite von 1 gekennzeichnet, obwohl er sich auch unterhalb des Bauteils B2 und auf der linken Bildseite von 1 erstreckt. Zudem bildet auch das Bauteil B2 einen schwingungsempfindlichen Bauteilbereich 30. Um Schwingungen in diesen schwingungsempfindlichen Bauteilbereichen 30 zu reduzieren, ist es zunächst bevorzugt, zusätzliche Klemmstellen 12 (nicht gezeigt) gerade in diesen Bereichen 30 vorzusehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung umfasst die Schallreduktionsvorrichtung eine Anzahl von Angriffsstellen 22, die in oder angrenzend an oder benachbart zu den schwingungsempfindlichen Bauteilbereichen 30 angeordnet sind. Bevorzugt sind die Angriffsstellen 22 in den schwingungsempfindlichen Bauteilbereichen 30 positioniert. An den Angriffsstellen 22 wird durch mechanische Angriffskomponenten 24 an der Bauteiloberfläche angegriffen. Dieses Angreifen der Angriffskomponente 24 erfolgt vorzugsweise einseitig oder beidseitig am Bauteil B1; B2. Durch das Angreifen der Angriffskomponente 24 werden Bauteilschwingungen gedämpft bzw. reduziert.
Um durch dieses Angreifen ein optimales Dämpfungsergebnis zu erzielen, besteht die am Bauteil B1; B2 angreifende Angriffsfläche der Angriffskomponente 24 aus Metall oder Kunststoff oder einem Hybrid bestehend aus Metallkern und Kunststoffhülle oder Bitumen oder Silikon oder Gummi oder aus Dämpfungspappe.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die Angriffsflächen der Angriffskomponente 24 als flächige Schalldämpfungsauflagen 26 ausgebildet. Diese Schalldämpfungsauflagen 26 werden vorzugsweise in ihrer Größe an den schwingungsempfindlichen Bauteilbereich 30 angepasst. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen vorliegender Erfindung variiert ihre Größe zwischen 1 cm² und 2 m², bevorzugt zwischen 4 cm² und 0,4 m².
Neben der Anzahl der Angriffskomponenten, die vorzugsweise ein bis drei Angriffskomponenten 24 bzw. Angriffsstellen 22 pro Flächeneinheit von 100 cm² im schwingungsempfindlichen Bauteilbereich 30 vorsieht, ist auch die Form der Schalldämpfungsauflage 26 einstellbar. Hier ist es bevorzugt, die Form der Schalldämpfungsauflage 26 an die Bauteilformform anzupassen oder die Schalldämpfungsauflage 26 möglichst großflächig auszubilden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung besteht die Angriffsfläche der Angriffskomponente 24 und die Schalldämpfungsauflage 26 aus einem viskoelastischen Material. Dieses viskoelastische Material ist durch den Verlustfaktor d im Bereich von 0,05 ≤ d ≤ 1 charakterisiert. Der Verlustfaktor d beschreibt das Dämpfungsverhalten der als Belag auf dem Bauteil B1; B2 wirkenden Angriffsfläche oder Schalldämpfungsauflage 26. Der Verlustfaktor d ist ein Maß für den Anteil an in die Bauteile B1, B2 eingebrachter kinetischer Energie, der innerhalb des Materials in Wärme umgewandelt wird. Daher ist der Verlustfaktor d ein Materialparameter, der Tabellen entnehmbar ist. Zudem ist der Verlustfaktor d in der DIN EN ISO 6721-3 definiert, auf die hiermit zur Bestimmung des Verlustfaktors bezuggenommen wird. Die durch den Verlustfaktor d beschriebene Körperschalldämpfung beschreibt die Umwandlung der Schwingungsenergie des Bauteils B1; B2 durch innere Reibung des Materials der Schalldämpfungsauflage 26 bzw. der Angriffsfläche der Angriffskomponente 24 in Wärme.
Während einerseits das für die Dämpfungsauflage 26 verwendete Material durch den Verlustfaktor d charakterisierbar ist, sind andererseits folgende Materialien als Dämpfungsauflage 26 erfindungsgemäß bevorzugt: Kunststoffe, Hybride bestehend aus Metallkern und Kunststoffhülle, Bitumen, Silikon, Gummi und Dämpfungspappe.
Während eines Fügeverfahrens zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil B1, B2 oder während eines Bearbeitungsverfahrens von einem oder mehreren Bauteilen B1, B2 erfolgt somit im Schritt I zunächst ein lösbares Fixieren der bzw. des Bauteils B1; B2. Dieses Fixieren wird durch die oben diskutierte Einspannvorrichtung 10 mit der Mehrzahl von Befestigungskomponenten 14, 16 an den Klemmstellen 12 realisiert. Aufgrund der vorliegenden Bauteilgeometrie der Bauteile B1, B2 sind die schwingungsempfindlichen Bauteilbereiche 30 aufgrund ihrer Größe (siehe oben) erkennbar. Daher erfolgt im nächsten Schritt II ein zumindest einseitiges Angreifen der Angriffsfläche der Angriffskomponente 24 angrenzend an, in oder benachbart zu diesen schwingungsempfindlichen Bauteilbereichen 30. Sobald die Angriffskomponenten 24 über ihre Angriffsflächen oder über Schalldämpfungsauflagen 26 an die Bauteile B1, B2 angreifen, ist für eine zusätzliche Dämpfung möglicherweise auftretender Schwingungen der Bauteile und somit für eine Dämpfung des Körperschalls gesorgt. Daher erfolgt nun im Schritt IV das Fügen der mindestens zwei Bauteile B1, B2 oder im Schritt V das Bearbeiten des mindestens einen Bauteils B1.
Bezugszeichenliste

10: Einspannvorrichtung
12: Klemmstellen
14, 16: Befestigungskomponenten
22: Angriffsstelle
24: Angriffskomponente
26: Schalldämpfungsauflage
30: schwingungsempfindlicher Bauteilbereich
32: Flansch
34: Steg
40: Bolzen
B1, B2: Bauteil
S: Setzgerät
I: lösbares Fixieren
II: Angreifen
III: Aufbringen einer Schalldämpfungsauflage
IV: Fügen von zwei Bauteilen
V: Bearbeiten von mindestens einem Bauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1926918 B2 [0002, 0013, 0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6721-3 [0012]
DIN EN ISO 6721-3 [0012]
DIN EN ISO 6721-3 [0036]

Claims

Schallreduktionsvorrichtung zum Einsatz bei einem mechanischen Bearbeitungsverfahren oder einem Fügeverfahren, insbesondere bei einem impulsartigen Fügeverfahren, das die folgenden Merkmale aufweist: a. eine Einspannvorrichtung (10), mit der mindestens ein zu bearbeitendes Bauteil (B1) oder eine Mehrzahl von miteinander zu verbindenden Bauteilen (B1, B2) an einer Mehrzahl von Klemmstellen (12) zwischen jeweils miteinander zusammenwirkenden Befestigungskomponenten (14, 16) lösbar klemmbar ist, b. sodass die Bearbeitung oder das Fügen gewährleistet ist, und wobei c. eine Anzahl von Angriffsstellen (22) mit entsprechenden Angriffskomponenten (24) vorgesehen ist, mit denen das Bauteil (B1) in zumindest einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich (30) zumindest einseitig angreifbar ist, sodass eine Bauteilschwingung dämpfbar ist verglichen mit einer Bauteilschwingung ohne die Angriffskomponenten (24).
Schallreduktionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, in der die Anzahl von Klemmstellen (12) in einem Randbereich eines Bauteils (B1) anordenbar ist, während der schwingungsempfindliche Bauteilbereich mit einer Fläche im Bereich von 100 cm² bis 10 m² durch die Angriffskomponenten (24) angreifbar ist.
Schallreduktionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, mit der das Bauteil (B1) mit 1 bis 3 Angriffskomponenten (24) pro Einheitsfläche von 100 cm² des schwingungsempfindlichen Bauteilbereichs (30) angreifbar ist.
Schallreduktionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, deren Angriffskomponente (24) eine Angriffsfläche am Bauteil (B1) aufweist, die aus Metall oder Kunststoff oder einem Hybrid bestehend aus Metallkern und Kunststoffhülle oder Bitumen oder Silikon besteht.
Schallreduktionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der mindestens eine Angriffskomponente (24) eine Schalldämpfungsauflage (26) aufweist, die in mindestens einem Bauteilbereich an das mindestens eine Bauteil (B1) einseitig andrückbar ist, sodass eine durch das Bauteil (B1) emittierte Schallenergie dämmbar ist.
Schallreduktionsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die mindestens eine Schalldämpfungsauflage (26) aus einem Material mit einem Verlustfaktor d im Bereich von 0,05 ≤ d ≤ 1 besteht.
Schallreduktionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die in Kombination mit einem impulsartigen Fügeverfahren, vorzugsweise mit einem Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen, eingesetzt wird, mit dem die zu fügenden Bauteile (B1, B2) fixiert und eine von den miteinander zu verbindenden Bauteilen (B1, B2) abgegebene Schallenergie dämmbar ist.
Fügeverfahren zum Verbinden zumindest eines ersten (B1) und eines zweiten Bauteils (B2), insbesondere ein impulsartiges Fügeverfahren, das die folgenden Schritte aufweist: a. lösbares Fixieren (I) der mindestens zwei Bauteile (B1, B2) mithilfe einer Einspannvorrichtung (10), mit der eine Mehrzahl von miteinander zu verbindenden Bauteilen (B1, B2) an einer Mehrzahl von Klemmstellen (12) zwischen jeweils miteinander zusammenwirkenden Befestigungskomponenten (14, 16) geklemmt werden, wobei die Mehrzahl von Klemmstellen (12) die Mehrzahl von Bauteilen (B1, B2) an einer Basis (16) befestigt, sodass das Fügen der Bauteile gewährleistet ist, und b. zumindest einseitiges Angreifen (II) von mindestens einer Angriffskomponente (24) in zumindest einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich (30) der mindestens zwei Bauteil (B1, B2) an mindestens einer Angriffsstelle (22), sodass eine Bauteilschwingung dämpfbar ist verglichen mit einer Bauteilschwingung ohne die Angriffskomponente (24), und c. Fügen (IV) der mindestens zwei Bauteile (B1, B2).
Fügeverfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Anzahl von Klemmstellen (12) in einem Randbereich eines Bauteils (B1) angeordnet wird, während die Angriffskomponenten (24) der Angriffsstellen (22) in mindestens einem Flächenbereich (30) einer Größe von 100 cm² bis 10 m² angreifen.
Fügeverfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, mit dem weiteren Schritt Aufbringen (III) mindestens einer Schalldämpfungsauflage (26) auf die Bauteiloberfläche (30) mit der mindestens einen Angriffskomponente (24), sodass ein Betrag einer emittierten Schallenergie während des Fügeverfahrens geringer ist als ein Schallenergiebetrag ohne eine Nutzung der Schalldämpfungsauflage (26).
Bearbeitungsverfahren für mindestens ein Bauteil (B1), das die folgenden Schritte aufweist: a. lösbares Fixieren (I) des mindestens einen Bauteils (B1) mithilfe einer Einspannvorrichtung (10), mit der das mindestens eine Bauteil (B1) an einer Mehrzahl von Klemmstellen (12) zwischen jeweils miteinander zusammenwirkenden Befestigungskomponenten (14, 16) geklemmt wird, wobei die Mehrzahl von Klemmstellen (12) das mindestens eine Bauteil (B1) an einer Basis (16) befestigt, sodass das Bearbeiten des mindestens einen Bauteils (B1) gewährleistet ist, und b. zumindest einseitiges Angreifen (II) von mindestens einer Angriffskomponente (24) in zumindest einem schwingungsempfindlichen Bauteilbereich (30) des mindestens einen Bauteils (B1) an mindestens einer Angriffsstelle (22), sodass eine Bauteilschwingung dämmbar ist verglichen mit einer Bauteilschwingung ohne die Angriffskomponente (24), und c. Bearbeiten (V) des mindestens einen Bauteils (B1).
Bearbeitungsverfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Anzahl von Klemmstellen (12) in einem Randbereich eines Bauteils (B1) angeordnet wird, während die Angriffskomponenten (24) der Angriffsstellen (22) in mindestens einem Flächenbereich (30) einer Größe von 100 cm² bis 10 m² angreifen.
Bearbeitungsverfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, mit dem weiteren Schritt Aufbringen (III) mindestens einer Schalldämpfungsauflage (26) auf die Bauteiloberfläche (30) mit der mindestens einen Angriffskomponente (24), sodass ein Betrag einer emittierten Schallenergie während des Fügeverfahrens geringer ist als ein Schallenergiebetrag ohne eine Nutzung der Schalldämpfungsauflage (26).