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Die Erfindung betrifft eine Schallreduktionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine Schallreduktionsvorrichtung der eingangsgenannten Art ist z.B. aus
DE 10 2012 020 683 A1 bekannt. Diese Schallreduktionsvorrichtung umfasst eine Rahmenstruktur, die einen Innenraum definiert, so dass dieser an einer Seite der Rahmenstruktur durch eine Innenraumöffnung begrenzt ist, und ein textiles Flächengebilde, das luftdurchlässig ist und das an der Rahmenstruktur angeordnet ist, so dass das textile Flächengebilde die Innenraumöffnung zumindest teilweise abdeckt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Schallreduktionsvorrichtung bereitzustellen, welche bei Gewährleistung einer breitbandigen Absenkung von Schalldruckpegeln hinsichtlich ihres Gewichts optimiert ist.
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Dies wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist eine Schallreduktionsvorrichtung eine Rahmenstruktur und mindestens ein textiles Flächengebilde auf. Die Rahmenstruktur ist so ausgebildet, dass sie einen Innenraum definiert, welcher an einer Seite der Rahmenstruktur durch eine Innenraumöffnung begrenzt ist. Das mindestens eine textile Flächengebilde ist luftdurchlässig und ist an der Rahmenstruktur angeordnet, so dass das mindestens eine textile Flächengebilde die Innenraumöffnung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, abdeckt. Die erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine textile Flächengebilde eine Dickenabmessung in einem Bereich von 40 µm bis 200 µm aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass dieser Bereich für die Dickenabmessung des mindestens einen textilen Flächengebildes eine optimale Konfiguration im Hinblick auf die Festigkeit des textilen Flächengebildes in Kombination mit optimaler Schallreduktion in einem breiten Schallbereich zwischen 1000 Hz und 4000 Hz, insbesondere zwischen 1250 Hz und 3150 Hz, bietet. Bevorzugt ist das mindestens eine textile Flächengebilde monofilament und insbesondere als Vliesstoff bzw. Strukturvlies z.B. aus PET (Polyethylenterephthalat) ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung kann vorteilhaft z.B. in einem Kraftfahrzeug zur Schallreduktion bzw. Geräuschreduktion zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung an einer Zwangsentlüftungseinrichtung, einer Motorabschirmkapsel bzw. einem Triebwerksschutz, einer Gurtretraktoröffnung, einer Frontklappe, einem Kühler und an Lüftungsgittern zur Schallreduktion bzw. Geräuschreduktion zur Anwendung kommen.
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Im Rahmen der Erfindung wurde außerdem festgestellt, dass für eine optimale Schallreduktion die Konfiguration des mindestens einen textilen Flächengebildes so gewählt werden sollte, dass ein ausreichend hoher Strömungswiderstand für Luft entsteht, so dass dieser eine positive (dämpfende) Auswirkung auf die Schallwellen hat, aber eine Luftströmung durch das mindestens eine textile Flächengebilde hindurch nicht zu stark behindert wird. Günstige Ergebnisse für die Schallreduktion haben sich insbesondere ergeben, wenn das mindestens eine textile Flächengebilde die Luftdurchlässigkeit realisierende Maschen mit einer Maschenweite in einem Bereich von 10 µm bis 20 µm aufweist. Bevorzugt beträgt die Maschenweite 16 µm.
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Außerdem ist zur Optimierung der Schallreduktion bevorzugt vorgesehen, dass das mindestens eine textile Flächengebilde einen Strömungswiderstand gegen Luftdurchströmung hat in einem Bereich von 150 kg/m3s bis 200 kg/m3s. Noch bevorzugter liegt der Strömungswiderstand in einem Bereich von 175 kg/m3s bis 185 kg/m3s.
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Bevorzugt weist das mindestens eine textile Flächengebilde ein Flächengewicht in einem Bereich von 80 g/m2 bis 110 g/m2 auf. Bevorzugt liegt das Flächengewicht in einem Bereich von 90 g/m2 bis 100 g/m2. Ein solches Flächengewicht gewährleistet einerseits eine ausreichende Eigensteifigkeit des mindestens einen textilen Flächengebildes und befördert andererseits, dass eine Resonanzfrequenz des mindestens einen textilen Flächengebildes außerhalb des o.g. akustisch wichtigen Frequenzbereiches liegt.
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Bevorzugt ist das mindestens eine textile Flächengebilde mit vordefiniertem Abstand von einer entgegengesetzt der einen Seite angeordneten, eine Begrenzung des Innenraums bildenden anderen Seite der Rahmenstruktur angeordnet. Das mindestens eine textile Flächengebilde ist dabei insbesondere so angeordnet, dass das mindestens eine textile Flächengebilde die Rahmenstruktur straff überspannt. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass sich die Frequenzbänder, deren Schalldruckpegel wirksam absenkbar sind, neben den o.g. Parametern insbesondere auch durch gezielte Konfiguration der Größe des vordefinierten Abstands einstellen lassen.
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Als günstig für einen breiten Schallabsorptionsbereich zwischen 1000 Hz und 4000 Hz, insbesondere zwischen 1250 Hz und 3150 Hz, und einen Absorptionsgrad von mindestens 0,6 und insbesondere größer 0,65 hat sich für den vordefinierten Abstand des mindestens einen textilen Flächengebildes von der anderen Seite der Rahmenstruktur eine Größe in einem Bereich von 10 mm bis 40 mm, insbesondere in einem Bereich von 20 mm bis 30 mm, herausgestellt.
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Der Innenraum kann dabei an der anderen Seite der Rahmenstruktur z.B. durch eine Begrenzungswand begrenzt sein. Diese Variante der Innenraumbegrenzung kann z.B. vorgesehen sein, wenn die erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung in Bereichen eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommt, wo die Bauraumsituation stark eingeschränkt ist, wie z.B. durch dynamische Hüllkurven zur Verhinderung einer Kollision. Als Beispiel kommt hier ein Unterfahrschutz für den Motor und das Getriebe eines Kraftfahrzeugs in Betracht. Der Unterfahrschutz weist in der Regel bereits aus Festigkeitsgründen eine gewisse Rippenstruktur auf, welche eine erfindungsgemäße Rahmenstruktur mit mehreren Innenräumen bildet. Durch Überspannen der Rippenstruktur und der Innenräume mit dem textilen Flächengebilde lassen sich eine Mehrzahl von Resonanzabsorbern ausbilden.
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Alternativ kann der Innenraum an der anderen Seite der Rahmenstruktur durch eine weitere Innenraumöffnung begrenzt sein, wie es z.B. bei einer Zwangsentlüftung eines Kraftfahrzeugs gegeben ist. In diesem Fall kann ein weiteres wie das mindestens eine textile Flächengebilde ausgebildetes textiles Flächengebilde an der Rahmenstruktur angeordnet sein, so dass das weitere textile Flächengebilde die weitere Innenraumöffnung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, abdeckt und mit dem vordefinierten Abstand von dem auf der einen Seite der Rahmenstruktur befindlichen mindestens einen textilen Flächengebilde angeordnet ist. Mit dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schallreduktionsvorrichtung lässt sich deren Wirksamkeit noch weiter erhöhen.
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Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Zwangsentlüftungseinrichtung, in die eine erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung integriert ist.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer modifizierten Zwangsentlüftungseinrichtung, in die eine erfindungsgemäße Schallreduktionsvorrichtung integriert ist.
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In 1 ist in schematischer Schnittansicht eine Zwangsentlüftungseinrichtung 10 eines Kraftfahrzeugs 1 (nicht vollständig dargestellt) gezeigt, wobei die Zwangsentlüftungseinrichtung 10 mit einer Schallreduktionsvorrichtung 15 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist.
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Die Zwangsentlüftungseinrichtung 10 ist im Bereich eines hinteren Stoßfängers (nicht dargestellt) in ein Karosserieblech 2 des Kraftfahrzeugs 1 eingesetzt, um z.B. bei Türenschließen oder beim Lüftungsbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 einen Überdruckausgleich für den Fahrgastraum (nicht dargestellt) zu ermöglichen.
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Genauer weist die Zwangsentlüftungseinrichtung 10 eine Rahmenstruktur 20 auf, die luftdicht in das Karosserieblech 2 des Kraftfahrzeugs 1 eingepasst ist. Die Rahmenstruktur 20 definiert einen Innenraum 21, so dass dieser an einer fahrzeuginneren Seite der Rahmenstruktur 20 durch eine erste Innenraumöffnung 21a begrenzt ist und an einer entgegengesetzt der fahrzeuginneren Seite angeordneten fahrzeugäußeren Seite der Rahmenstruktur 20 durch eine zweite Innenraumöffnung 21b begrenzt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt definiert die Rahmenstruktur 20 in der vorliegenden Ausführungsform eine beidendig offene Durchgangspassage für einen zwangsentlüftenden Luftaustausch zwischen einem Fahrzeuginneren und einem Fahrzeugäußeren.
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Um zu verhindern, dass kleinere Tiere über den Innenraum 21 bzw. die Durchgangspassage der Rahmenstruktur 20 in das Fahrzeuginnere gelangen, weist die Rahmenstruktur 20 ein Lüftungsgitter 22 auf, welches in den Innenraum 21 bzw. die Durchgangspassage der Rahmenstruktur 20 eingepasst ist und welches eine Mehrzahl von im Querschnitt kleiner als die Durchgangspassage ausgebildeten Gitteröffnungen 22a definiert.
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Um insbesondere zu verhindern, dass im Stand bei laufendem Verbrennungsmotor und ausgeschalteter Lüftungs- bzw. Klimaanlage (beide nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 Abgase über den Innenraum 21 bzw. die Durchgangspassage der Rahmenstruktur 20 in das Fahrzeuginnere gelangen, weist die Rahmenstruktur 20 außerdem für jede Gitteröffnung 22a eine Lüftungsklappe (bzw. Lüftungslamelle) 23 auf. Jede der Lüftungsklappen 23 ist fahrzeugaußenseitig schwenkbar (nicht dargestellt) am Lüftungsgitter 22 angebracht, so dass die Lüftungsklappen 23 bei Normaldruck im Fahrzeuginneren die Gitteröffnungen 22a verschließen und bei Überdruck im Fahrzeuginneren zur Fahrzeugaußenseite hin schwenken und dadurch die Gitteröffnungen 22a für den Luftdurchlass freigeben.
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Auf der fahrzeuginneren Seite der Rahmenstruktur 20 ist ein erstes textiles Flächengebilde 30a an der Rahmenstruktur 20 angebracht, so dass das erste textile Flächengebilde 30a die erste Innenraumöffnung 21a zumindest teilweise abdeckt. In der vorliegenden Ausführungsform deckt das erste textile Flächengebilde 30a die erste Innenraumöffnung 21a vollständig ab. Auf der fahrzeugäußeren Seite der Rahmenstruktur 20 ist ein zweites textiles Flächengebilde 30b an der Rahmenstruktur 20 angebracht, so dass das zweite textile Flächengebilde 30b die zweite Innenraumöffnung 21b zumindest teilweise abdeckt. In der vorliegenden Ausführungsform deckt das zweite textile Flächengebilde 30b die zweite Innenraumöffnung 21b vollständig ab. Die ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b sind identisch ausgebildet und jeweils luftdurchlässig und wasserabweisend.
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Die Rahmenstruktur 20 und die ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b bilden zusammen die Schallreduktionsvorrichtung 15. Die Schallreduktionsvorrichtung 15 ist eingerichtet, eine breitbandige Absenkung von Schalldruckpegeln zu erzielen. Zu diesem Zweck sind die ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b als Strukturmaterial extrem dünn und leicht ausgebildet und mit vordefiniertem Abstand A voneinander positioniert. Durch diese Konfiguration werden beim Luftaustausch über die Durchgangspassage (den Innenraum 21) der Rahmenstruktur 20 Impedanzsprünge erzeugt, welche eine Reduktion von z.B. durch Luftverwirbelungen, die Abgasanlage usw. hervorgerufenen Geräuschen bewirken. Je nach Konfiguration der ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b und der Größe des Abstandes A lassen sich gewisse Frequenzbänder einstellen, in denen eine Absenkung der Geräuschpegel erfolgt.
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Als günstig für einen breiten Schallabsorptionsbereich zwischen 1000 Hz und 4000 Hz, insbesondere zwischen 1250 Hz und 3150 Hz, und einen Absorptionsgrad von mindestens 0,6 und insbesondere größer 0,65 hat sich für den vordefinierten Abstand A eine Größe in einem Bereich von 10 mm bis 40 mm, insbesondere in einem Bereich von 20 mm bis 30 mm, herausgestellt.
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Durch die Schallreduktionsvorrichtung 15 wird ein akustischer Vorteil dahingehend erzielt, dass neben einem absorptiven Effekt auch eine Beruhigung der Luftströmung erzielt wird, in deren Folge instationäre Effekte und Strömungsturbulenzen minimiert werden, was zur Reduktion scharfer und tonaler Effekte, aber auch der akustischen Rauigkeit führt. Insbesondere können damit auch unangenehme akustische Effekte wie instationäre Geräusche (Zischeln) u.Ä. minimiert werden, wodurch zusätzlich die subjektiven akustischen Parameter wie Schärfe und Lautheit positiv beeinflusst werden können.
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Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass für eine optimale Schallreduktion die Konfiguration der ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b so gewählt werden sollte, dass ein ausreichend hoher Strömungswiderstand für Luft entsteht, so dass dieser eine positive (dämpfende) Auswirkung auf die Schallwellen hat, aber die Luftströmung für den Luftaustausch vom Fahrzeuginneren zum Fahrzeugäußeren und umgekehrt nicht zu stark behindert wird.
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Um dies zu erreichen, sind die ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b jeweils insbesondere als ein monofilamenter Vliesstoff z.B. aus PET (Polyethylenterephthalat) ausgebildet und haben jeweils die Luftdurchlässigkeit realisierende Maschen (nicht dargestellt) mit einer Maschenweite in einem Bereich von 10 µm bis 20 µm auf. Bevorzugt beträgt die Maschenweite 16 µm. Außerdem weisen zu diesem Zweck die ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b jeweils einen Strömungswiderstand gegen Luftdurchströmung auf in einem Bereich von 150 kg/m3s bis 200 kg/m3s. Bevorzugt liegt der Strömungswiderstand in einem Bereich von 175 kg/m3s bis 185 kg/m3s.
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Ein jeweiliges Flächengewicht der ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b, welches auch der Eigensteifigkeit, neben der straffen Überspannung auf der Rahmenstruktur 20, dient, sollte in Kombination mit den bereits genannten Parametern vorzugsweise so gewählt sein, dass die Resonanzfrequenzen außerhalb des akustisch wichtigen Frequenzbereiches liegen bzw. die Wirksamkeit nicht beeinträchtigen. Hier sind letztendlich unterschiedliche Kombinationen möglich, welche auch die Festigkeit dahingehend beeinflussen, dass die ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b auch bei starken, impulsartigen Druckschwankungen wie z.B. beim Türzuschlagen den Beanspruchungen standhalten.
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Als vorteilhaft hat sich im Hinblick auf Eigensteifigkeit und Festigkeit in Kombination mit optimaler Schallreduktion eine Dickenabmessung D der ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b in einem Bereich von 40 µm bis 200 µm erwiesen. Als besonders vorteilhaft hat sich diese Dickenabmessung D kombiniert mit einem Flächengewicht der ersten und zweiten textilen Flächengebilde 30a, 30b in einem Bereich von 80 g/m2 bis 110 g/m2 erwiesen. Bevorzugt sollte das Flächengewicht in einem Bereich von 90 g/m2 bis 100 g/m2 liegen.
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Im Folgenden werden einige in 1 nicht dargestellte Modifikationen der erfindungsgemäßen Schallreduktionsvorrichtung 15 beschrieben werden.
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Gemäß einer ersten Modifikation kann eines von den ersten und zweiten textilen Flächengebilden 30a, 30b weggelassen sein. D.h., gemäß der Erfindung ist mindestens ein textiles Flächengebilde 30a, 30b an der fahrzeuginneren Seite oder der fahrzeugäußeren Seite der Rahmenstruktur 20 vorgesehen.
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Zusätzlich oder alternativ zur ersten Modifikation können gemäß einer zweiten Modifikation die Lüftungsklappen 23 weggelassen sein. Die Ausführung mit Lüftungsklappen 23 ist speziell für den Zustand des stehenden Kraftfahrzeugs 1 gedacht, damit bei laufendem Verbrennungsmotor keine Abgase in den Fahrzeuginnenraum gelangen, wenn keine Luftströmung im Innenraum stattfindet. Im Falle der Ausführung ohne Lüftungsklappen 23, wie z.B. bei intelligenter Steuerung einer Klimaanlage (Überdruck im Fahrzeuginnenraum gegen einströmende Abgase), kann das innenliegende Lüftungsgitter 22, welches bei der Ausführung mit Lüftungsklappen 23 als Auflage für diese dienen kann, derart gestaltet sein, dass es zusätzlich die Luftströmung beruhigt, d.h. die Luftströmung laminarer macht, und damit zur Schallreduktion beiträgt.
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Zusätzlich oder alternativ zur ersten Modifikation können gemäß einer dritten Modifikation das Lüftungsgitter 22 und die Lüftungsklappen 23 weggelassen sein.
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In 2 ist schließlich eine vierte Modifikation dargestellt, wobei die Rahmenstruktur 20 im unteren Bereich so ausgebildet ist, dass sie eine Ablaufpassage 24 für fahrzeuginnenseitig entstehendes Kondenswasser definiert. Wie aus 2 ersichtlich, hat die Ablaufpassage 24 einen schrägen Verlauf, so dass sie ein Gefälle von der Fahrzeuginnenseite zur Fahrzeugaußenseite hin bereitstellt, um Kondenswasser via Schwerkraft selbständig ablaufen zu lassen. Auch auf die Ausgestaltung gemäß der vierten Modifikation können eine oder alle von den ersten bis dritten Modifikationen angewendet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Karosserieblech
- 10
- Zwangsentlüftungseinrichtung
- 15
- Schallreduktionsvorrichtung
- 20
- Rahmenstruktur
- 21
- Innenraum
- 21a
- Innenraumöffnung
- 21b
- Innenraumöffnung
- 22
- Lüftungsgitter
- 22a
- Gitteröffnung
- 23
- Lüftungsklappe
- 30a
- textiles Flächengebilde
- 30b
- textiles Flächengebilde
- A
- Abstand
- D
- Dickenabmessung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012020683 A1 [0002]
