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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wandelement, eine Wand sowie ein Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft z.B. ein Wandelement für den Innenraum eines Fahrzeugs, eine Wand für den Innenraum eines Fahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug als solches.
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Im Hinblick auf den Fahrkomfort bei einem Fahrzeug, werden im Innenraum des Fahrzeugs, z.B. im Bereich einer Wandverkleidung im Übergang von Karosserie zum Äußeren des Fahrzeugs und/oder zum Motorraum hin Dämmmechanismen eingebracht, um das akustische Klima im Innenraum des Fahrzeugs und vor allem im Fahrgastraum angenehm zu gestalten. Durch diese Maßnahmen gelangen Außengeräusche, Fahr- und/oder Motorgeräusche, höchstens gedämpft in den Innenraum und den Fahrgastraum.
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Jedoch ist dies herkömmlicherweise nur mit einem erhöhten Materialeinsatz und folglich bei gesteigertem Gewicht und auch nur in bestimmten Frequenzbereichen ausreichend möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Wandelement für den Innenraum eines Fahrzeugs, eine Wand für den Innenraum eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug als solches anzugeben, bei welchen mit besonders einfachen Mitteln und ohne zusätzlichen Materialaufwand eine verbesserte akustische Dämpfung möglich ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Wandelement für den Innenraum eines Fahrzeugs erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, bei einer Wand für den Innenraum eines Fahrzeugs erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 sowie bei einem Fahrzeug erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wandelement für den Innenraum eines Fahrzeugs geschaffen. Dieses besteht erfindungsgemäß aus einem Metamaterial. Auf Grund der Strukturierung als ein oder mit einem Metamaterial besitzt das erfindungsgemäße Wandelement als solches bereits akustische Eigenschaften, die über die üblicherweise herrschenden oder natürlichen Eigenschaften herkömmlicher Materialien hinausgehen. Dies wird erfindungsgemäß unter anderem dadurch erreicht, dass das Metamaterial mit einer Mehrzahl gedämpfter mechanischer Oszillatorelemente ausgebildet ist und die Oszillatorelemente zumindest abschnittsweise in einer Fläche oder flächig am oder im Metamaterial angeordnet sind. Auf diese Weise kann ohne zusätzlichen Materialaufwand und allein durch die Strukturierung oder Umstrukturierung – z.B. im Hinblick auf die Massenverteilung – des dem Wandelement zu Grunde liegenden Materials als Metamaterial die dämpfende Wirkung verbessert werden.
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Für eine besonders effektive Einflussnahme auf das akustische Budget wird das erfindungsgemäße Wandelement mit oder aus einem Metamaterial mit einer Mehrzahl gedämpfter mechanischer Oszillatorelemente gebildet. Diese können jeweils eine Schwingmasse oder Oszillatormasse aufweisen, welche an einem elastischen Element angebracht oder gekoppelt ist.
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Die Schwingmasse kann auch in das elastische Element integriert aufgenommen sein, indem z.B. das elastische Element als solches die Schwingmasse in verteilter Form aufweist oder bildet.
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Für eine besonders gute Anpassung an die akustische Umgebung können beim Vorsehen einer Mehrzahl von Oszillatorelementen diese mit unterschiedlichen Schwingungseigenschaften ausgebildet sein. Dies betrifft ihre Eigenfrequenz, ihre Masse und/oder ihre Dämpfung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Wandelements ist das Metamaterial vollständig oder abschnittsweise flächen-, schicht- oder plattenartig ausgebildet.
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Dabei kann zumindest eine Deckschicht vorgesehen sein, an welcher eine akustisch wirksame Schicht angebracht ist, die auf Grund ihrer akustischen Wirkung auch als Dämmschicht bezeichnet werden kann und vorzugsweise die flächenhaft verteilten gedämpften mechanischen Oszillatorelemente aufweist.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind zwei Deckschichten ausgebildet, zwischen denen die akustisch wirksame Schicht oder Dämmschicht angeordnet ist.
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Das für das Wandelement verwendete Metamaterial kann eine Mehrzahl von Zellen mit einer Zellwand und einem Zellinneren aufweisen. Die Mehrzahl von Zellen kann z.B. die Dämmschicht oder einen Teil davon bilden.
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Die Zellen können gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein, z.B. im Hinblick auf ihre Form und ihre Ausdehnung, in lateraler Richtung, d.h. in Erstreckungsrichtung der Dämmschicht oder der Deckschicht und/oder in vertikaler Richtung, also in Richtung der Anordnung von Dämmschicht oder Deckschicht übereinander.
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Die einzelnen Zellen können direkt zueinander benachbart sein und/oder aneinander angrenzen.
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Es können auch Zwischenräume zwischen den Zellen vorgesehen sein.
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Die Zellen können vorzugsweise gleich ausgebildet sein, wodurch sich die Herstellung des Dämmelements vereinfacht.
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Die Zellen können jedoch auch unterschiedlich ausgebildet sein, um zum Beispiel bestimmte akustische Erfordernisse berücksichtigen zu können.
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Es könne auch mehrere unterschiedliche Gruppen unter sich identischer Zellen ausgebildet sein.
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Bei der Anordnung der Zellen bieten sich periodische, quasiperiodische oder auch irreguläre Anordnungen der Zellen zueinander und im Hinblick auf ihre Nachbarschaft an.
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So kann auf bestimmte akustische Situationen in flächenabhängiger oder volumenabhängiger Art und Weise Rücksicht genommen werden.
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Für die jeweiligen Zellen bieten sich unterschiedliche Formen an, z.B. Würfel, Quader, Bienenwaben, allgemeine Prismen, Zylinder oder dergleichen. Es bieten sich aber auch beliebige andere Formen, auch irregulärer Natur, an.
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Die Formen und Größen der Zellen können je nach akustischer Umgebung kombiniert werden. Zwar wird die Funktionalität des erfindungsgemäßen Wandelements primär durch die physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Zellen, vorzugsweise der jeweils zu Grunde gelegten gedämpften mechanischen Oszillatorelemente bestimmt, z.B. durch deren Eigenfrequenz und Dämpfung, jedoch können die Funktionalität und übergeordnete Eigenschaften, zum Beispiel Steifigkeit und Stabilität des Wandelements als Ganzem, durch Form, Größe und Verteilung der Zellen unterstützt werden.
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In vorteilhafter Weise können die Zellen mit den Oszillatorelementen kombiniert sein, z.B. indem ein oder mehrere Oszillatorelemente jeweils in einer Zelle ausgebildet sind.
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Dabei können Zellen mit einem jeweiligen elastischen Element an die Zellwand gekoppelt oder an dieser angebracht sein.
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Für die Herstellung des Wandelements gemäß der vorliegenden Erfindung bieten sich unterschiedliche Materialien oder Materialkombinationen an.
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Dabei wird jedoch die Zugrundelegung eines einzelnen Materials bevorzugt, nämlich zur Ausgestaltung etwaiger Deckschichten und/oder der Mehrzahl gedämpfter mechanischer Oszillatorelemente und ihrer Komponenten.
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Bevorzugt werden dabei Kunststoffmaterialien eingesetzt.
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Hinsichtlich des jeweiligen akustischen Budgets kann dabei über die Elastizität oder Weichheit des Materials als solchem noch Einfluss auf die dämpfenden Eigenschaften genommen werden, und zwar jenseits der Ausgestaltung als Metamaterial.
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Auch bieten sich unterschiedliche Herstellungsformen an, z.B. die Ausgestaltung des Wandelements und z.B. des Metamaterials gemäß der vorliegenden Erfindung als Spritzgusselement und/oder als Element aus einem 3D-Druckprozess.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wand oder eine Wandverkleidung für den Innenraum eines Fahrzeugs geschaffen.
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Kernaspekt der erfindungsgemäßen Wand oder Wandverkleidung ist die Verwendung eines Wandelements gemäß der vorliegenden Erfindung, z.B. in Form einer Instrumententafel bzw. I-Tafel.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Fahrzeug, ein Kraftfahrzeug und/oder ein Personenkraftwagen geschaffen.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist eine Karosserie auf, welche einen Innenraum des Fahrzeugs umschließt. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist mit einer Wand oder Wandverkleidung ausgestattet, die zumindest einen Teil des Innenraums auskleidet, unterteilt und/oder im Bereich einer Stirnwand zu einem Motorraum oder als Teil davon ausgebildet ist. Die Wand oder Wandverkleidung besitzt die erfindungsgemäß vorgesehene Struktur.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
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1 zeigt in schematischer Seitenansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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2 zeigt in schematischer Form ein Oszillatorelement, wie es bei einer Ausführungsform des Wandelements gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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3 zeigt in schematischer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wandelements mit einer Mehrzahl von Oszillatorelementen.
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4 bis 6 zeigen in schematischer und perspektivischer Ansicht Referenzstrukturen bzw. eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wandelements.
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7 zeigt einen Graphen zur Darstellung des unterschiedlichen Dämpfungsverhaltens der Strukturen gemäß den 4 bis 6.
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8 bis 22 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wandelements unter Verwendung unterschiedlicher Oszillatorelemente.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 22 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Metamaterial eine künstlich hergestellte Struktur aus einem oder mehreren Grundmaterialien und/oder einer oder mehreren Grundstrukturen verstanden, deren Durchlässigkeit – hier für akustische – Felder von der in der Natur üblichen und vorzugsweise im Auslegungsbereich von Strukturen mit homogen verteilter Masse abweicht.
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Das wird erreicht durch speziell angefertigte, z.B. periodische, feine Materialstrukturen, z.B. Zellen, Einzelelemente, Waben, Kompartimente und dergleichen, gegebenenfalls mit oder aus akustisch wirksamen Materialien und/oder Strukturen in ihrem Inneren. Die Strukturen können vorzugsweise eine Ausdehnung im Größenordnungsbereich von Millimetern und/oder Zentimetern aufweisen.
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Mit akustisch wirksamen Metamaterialien sind Anwendungen denkbar, die mit gewöhnlichen Materialien prinzipiell nicht möglich sind. So können sie Objekte akustisch maskieren, indem sie eintreffende Schallwellen um die Objekte herum lenken und/oder – zum Beispiel durch einfangen und binden der Schwingungsenergie im Inneren der akustisch wirksamen Schicht durch die Mehrzahl gedämpfter mechanischer Oszillatorelemente – besonders gut absorbieren und damit eine Reflexion und/oder Transmission verhindern.
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1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 weist eine Karosserie 2 auf, welche den Innenraum 3, z.B. den Fahrgastraum, umgibt. Des Weiteren wird von der Karosserie 2 auch der Motorraum 4 mit einem Motor 5 als primärer Schaltquelle 6 umgeben. Im Betrieb setzt der Motor 5 neben der Antriebsenergie Schall frei, der über einen Schallweg 7 seinen Weg u.a. durch die Wand 8 mit der Stirnwand 8-1 über die Instrumententafel 9 in den Innenraum 3 des Fahrzeugs 1 findet.
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Erfindungsgemäß ist das Fahrzeug 1 im Bereich der Stirnwand 8-1 und der Instrumententafel 9 mit einem erfindungsgemäßen Wandelement 10 als Teil der Wand 8 insgesamt mit einem Metamaterial 20 ausgebildet, um dadurch den Schallübertrag z.B. aus dem Motorraum 4 direkt in den Innenraum 3 des Fahrzeugs 1 dämpfen.
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2 zeigt in schematischer Weise ein Oszillatorelement 30, wie es beim Aufbau eines erfindungsgemäßen akustischen Dämmelements 10 unter Verwendung eines Metamaterials 20 zum Einsatz kommen kann. Das Oszillatorelement 30 weist eine Schwingmasse 32 mit dem Wert m auf, welches an einem elastischen Element 31 angebracht und mit diesem gekoppelt ist. Das elastische Element 31 kann auch als Federelement bezeichnet werden.
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Die Schwingmasse 32 und das elastische Element 31 des Oszillatorelements 30 können auch als verteiltes System vereinigt aufgefasst werden, indem z.B. die Schwingmasse 32 nicht als separate Masse konzentriert ist und sich an einem Ende des elastischen Elements 31 befindet, sondern das elastische Element 31 durch die eigene Masse die Schwingmasse 32 insgesamt in verteilter Form bildet.
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3 zeigt in schematischer Draufsicht zur Darstellung des Funktionsprinzips eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandelements 10 unter Verwendung eines Metamaterials 20.
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Dargestellt ist eine Grundschicht oder Deckschicht 21, auf deren Oberfläche eine Mehrzahl von gedämpften mechanischen Oszillatorelementen 30 angebracht ist. Die Oszillatorelemente 30 jeweils mit Schwingmasse 32 und elastischem Element 31 sind periodisch nach Art eines Gitters auf der Deckschicht 21 positioniert.
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Es kann bei bestimmten Ausführungsformen auch eine Zellstruktur mit Zellen 24, Zellwänden 25 und Zellinnerem 26 als Ausprägungsform des Grundprinzips definiert werden. Dies ist vorteilhaft, aber nicht zwingend.
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4 zeigt schematisch in perspektivischer Draufsicht ein herkömmliches Wand- oder Dämmelement 10‘, z.B. in Form einer Dämmplatte.
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5 zeigt eine Modellform einer Referenzstruktur für das erfindungsgemäße Dämmelement 10, nämlich mit einem einzigen Oszillatorelement 30 in konzentrierter Form an einer bestimmten Stelle.
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Das Modell aus 5 dient im Sinne einer Zwischenstufe als Vergleichsmodell zwischen der herkömmlich Struktur gemäß 4 und der in 6 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämmelements 10 mit einer über der Deckschicht 21 verteilten Anordnung einer Mehrzahl von Oszillatorelementen 30.
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7 zeigt einen Graphen 70, welcher die durchschnittliche Oberflächenverschiebung der Oszillatorelemente 30 und damit ein Maß für eine relative Dämpfung auf der Ordinate bei den Strukturen 10‘, 10 der 4 bis 6 in Abhängigkeit von der Frequenz auf der Abszisse beschreibt.
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Die Spur 71 zeigt die Abhängigkeit der relativen Dämpfung des herkömmlichen Wand- oder Dämmelements 10’ aus 4.
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Die Spur 72 zeigt das Verhalten des erfindungsgemäßen Wandelements 10 unter Verwendung eines Metamaterials 20 mit einem in der Fläche der Deckschicht 21 konzentrierten Oszillatoranordnung mit einem Oszillator 30. Man erkennt bei der Spur 72 im Vergleich zur Spur 71 bereits eine deutlich stärkere Dämpfung im Bereich von 2500 Hz.
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Besonders vorteilhaft gestaltet sich jedoch das erfindungsgemäße Dämmelement 10 dann, wenn über die gesamte Fläche der Deckschicht 21 verteilt eine Mehrzahl von Oszillatorelementen 30 mit derselben Gesamtmasse angeordnet ist.
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Die Spur 73 zeigt die durchschnittliche Oberflächenverschiebung der Oszillatorelemente 30 und gibt damit ein Maß für die relative Dämpfung bei dem Wandelement 10 der Anordnung aus 6 in Abhängigkeit von der Frequenz an.
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Zu erkennen ist die im Vergleich zur Spur 72 stärkere Dämpfung im Bereich von 2000 Hz bis 2800 Hz.
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8 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandelements 10 unter Verwendung eines Metamaterials 20 mit einer ersten oder unteren Deckschicht 21, einer zweiten oder oberen Deckschicht 22 und einer dazwischen vorgesehenen Dämmschicht 23.
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Das Metamaterial 20 gemäß 8 besitzt einen schicht- oder flächenartigen Charakter. Die Dämmschicht 23 wird gebildet von einer dichten Anordnung von Zellen 24, die auch als Kavernen oder Waben bezeichnet werden können und mit Wänden oder Zellwänden 25 und Zellinnerem 26 ausgebildet sind. Im Inneren 26 der Zellen 24 sind vorteilhafterweise ein oder mehrere Oszillatorelemente 30 ausgebildet; diese sind in 10 nicht, nicht jedoch in 8 explizit dargestellt.
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Jedoch können im Detail die Zellen 24 mit den darin vorgesehenen Oszillatorelementen 30 z.B. die in den 10 bis 12 gezeigten Strukturen besitzen.
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9 zeigt dabei losgelöst eine periodische Anordnung einer Mehrzahl von Oszillatorelementen 30.
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In Draufsicht besitzen die einzelnen Oszillatorelemente 30 dieselbe Form, die in etwa sechseckig ist und im Querschnitt der Form einer Bienenwabe folgt.
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Jedes einzelne Oszillatorelement 30 der Anordnung aus 9 besteht aus drei Beinen 33, welche im Wesentlichen als elastische Elemente oder Federelemente 31 fungieren und sich in einem zentralen Bereich 35 treffen. Des Weiteren sind Flügel 34 vorgesehen, welche im Wesentlichen die Schwingmasse 32 bilden. Jedes Oszillatorelement 30 der Anordnung aus 9 besitzt eine dreizählige Symmetrie mit einer alternierenden Abfolge von Beinen 33 und Flügeln 34. Auch die Flügel 34 sind am zentralen Bereich 35 angebracht, wobei zwischen einem Flügel 34 und einem direkt benachbarten Bein 33 ein Schlitz 36 vorliegt, der eine freie Beweglichkeit von Flügel 34 und Bein 33 aus ihrer Ebene heraus und unabhängig voneinander ermöglicht.
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Bei der Anordnung gemäß 10 sind die Oszillatorelemente 30 mit Beinen 33 und Flügeln 34 in den als Waben ausgestalteten Zellen 24 mit Zellwänden 25 und Zellinneren 26 ausgebildet. Dabei sind die Beine 33 mit ihren freien Enden an oder in den Zellwänden 25 befestigt.
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Die 11 und 12 zeigen in perspektivischer Ansicht die Anordnung aus den 9 und 10 bzw. eine vereinzelte Zelle 24 mit einem Oszillatorelement 30 mit Beinen 33 und Flügeln 34.
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Zu bemerken ist bei den Ausführungsformen gemäß den 9 bis 12 noch der Umstand, dass bei den jeweiligen Oszillatorelementen 30 sich die Beine 33 als elastische Elemente 31 in einem Zentralbereich 35 treffen und mit ihren freien Enden, also an der vom Zentralbereich 35 abgewandten Seite an den Wänden 25 der Zellen 24 angebracht sind.
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Die 13 bis 22 zeigen andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämmelements 10 unter einer alternativen Ausgestaltung des zu Grunde liegenden Metamaterials 20.
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Die dort ausgebildeten Zellen 24, die sich auf einer zu Grunde liegenden ersten Deckschicht 21 befinden, haben hier die Form identischer Würfel oder Quader.
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Im Inneren 26 der Zellen 24 sind die in 15 dargestellten Oszillatorelemente 30 mit jeweils zwei Beinen 33 als elastischen Elementen 31 und einer am Verbindungspunkt der Beine 33 angeordneten Schwingmasse 32 ausgebildet. Die freien Enden der Beine 33 sind an einander senkrecht angeordneten Wänden 25 der jeweiligen Zelle 24 befestigt, so dass die Schwingmasse 32 im Inneren 26 der jeweiligen Zelle 24 frei schwingen kann.
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Bei den Ausführungsformen der 13, 14, und 16 bis 22 erkennt man eine dreidimensional gefaltete Struktur aus einer Mehrzahl flächenartiger Abschnitte, so dass sich eine Art Schalldämmkammer ergibt, deren Wände und/oder Boden die in 14 dargestellte Struktur mit den Oszillatorelementen 30 aus 15 besitzen.
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Die Anordnungen der 13, 14, und 16 bis 22 unterscheiden sich unter anderem in der Flächenverteilung der Oszillatorelemente 30 – siehe 18 bis 20 – und/oder hinsichtlich der Orientierung der Zellen 24 hinsichtlich der vom Dämmelement insgesamt gebildeten dreidimensionalen Struktur, wie dies in den 21 bis 23 gezeigt ist.
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Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
I-Tafeln 9 leisten derzeit einen akustischen Teilbeitrag zum Thema Motorpräsenz. Geräuschverursacher, die zwischen Stirnwand 8-1 und I-Tafel 9 liegen, werden bei der akustischen Auslegung bisher nicht ausreichend berücksichtigt, z.B. Klimaanlagen oder dgl. Außerdem können diese Komponenten Schallbeiträge leisten, die nicht durch Standardakustikmaßnahmen, z.B. über Absorption, kontrollierbar sind, z.B., weil sie zu tieffrequent ausgestaltet sind.
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Nachteilig ist dabei also, dass tief- und mittelfrequente Schallanteile, die von Systemen, wie z.B. einer Klimaanlage oder dgl., unter der Instrumententafel 9 abgestrahlt werden, einen signifikanten Beitrag zum akustischen Gesamteindruck im Fahrerohr leisten.
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Erfindungsgemäß wird durch eine geschickte Umverteilung von Masse durch Metamaterialien 20 auf die spezifischen Anforderungen beim abstimmbaren akustischen Dämmverhalten in einem Fahrzeug 1 eingegangen.
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Dies ist durch herkömmliche passive Maßnahmen nicht möglich.
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Erfindungsgemäß entsteht in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Fahrzeugakustik, ohne dass zusätzliche Masse am Fahrzeug 1 hinzugefügt werden muss. Die verbesserte Fahrzeugakustik liefert Synergien zur Klimaakustik und zur Motorakustik.
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Die folgenden Darlegungen dienen der weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Kernaspekte und des technischen Hintergrunds:
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Üblicherweise existiert zwischen Motorraum 4 und Innenraum 3 eines Fahrzeugs eine Wand, die auch als Stirnwand bezeichnet werden kann und welche als solche eine gewisse Dämmwirkung hat.
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Um die Dämmwirkung zu erhöhen, werden häufig Dämmmaterialien verwendet, die auch als Absorber bezeichnet und die auf diese Wand aufgebracht werden.
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Dies kann man ebenso auf I-Tafeln oder Instrumententafeln anwenden, wobei die Instrumententafel selbst dann als Wand fungiert.
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Ziel dieser Erfindungsmeldung ist es, die Wand selbst als Metamaterial auszuführen, um dadurch inhärent die Dämmwirkung in einem definierten Bereich zu verbessern, z.B. zu erhöhen.
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Damit ist erfindungsgemäß die Wand selbst ein Dämmelement, dessen Funktion verbesserte Eigenschaften besitzt.
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Der zusätzliche Einsatz von etwaigen Dämpfungs-/Absorptionsmaßnahmen, die dann zusätzlich darauf angebracht werden können, bleibt davon unberührt und könnte auf einen anderen Frequenzbereich abzielen.
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Natürlich kann man eine erfindungsgemäß mit oder aus einem Metamaterial realisierte Wand auch als Dämmelement verstehen, welche z.B. zusätzlich auf eine bestehende, klassische Struktur aufgebracht wird.
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Der Begriff Metamaterial bezieht auf die geeignete Umverteilung von Masse flächig zur Erzeugung von verteilten Feder-Masse-Systemen, durch welche sich eine Funktionsmehrung und/oder Eigenschaftsverbesserung gegenüber einer einfachen Platte oder Wand ergibt.
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Eine derart strukturierte Platte oder Wand Platte als Ganzes entspräche dann dem Metamaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung. Dabei kommt es erfindungsgemäß maßgeblich auf die flächige Verteilung von Feder-Masse-Systemen an, also der gedämpften mechanischen Oszillatorelemente in ihrer Mehrzahl, welche durch unterschiedliche geometrische Realisierungen dargestellt werden können.
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Ein Kernaspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anwendung im Automobil – nämlich als Wand, Stirnwand und/oder Instrumententafel oder als Teil davon – und die oben dargestellten Szenarien.
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Die Wirkungsweise von Metamaterialien kann anhand der nachfolgenden Bemerkungen weiter verstanden werden:
Schall gelangt üblicherweise durch eine Wand oder Platte, indem die Druckschwankungen der Schallwelle die Wand oder Platte zum Schwingen anregen, diese schwingen dann in ihren Eigenfrequenzen. Auf der gegenüberliegenden liegenden Seite wird der Anteil der Plattenbewegung, der normal zur Fläche steht, wieder in Schallenergie umgewandelt. Es müssen also Biegewellen sein, um abstrahlen zu können. Scherwellen können keine Abstrahlung verursachen.
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Bei Metamaterialien wird durch die flächig verteilten Feder-Masse-Systeme, also der Anordnung gedämpfter mechanischer Oszillatoren Energie in diesen Elementen quasi räumlich gefangen, z.B. also durch lokale Schwingungen. Die Energie leistet somit keinen Beitrag zu abstrahlungsfähigen Wellenformen der gesamten Platte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Karosserie
- 3
- Innenraum, Fahrgastraum, Inneres des Fahrzeugs 1
- 4
- Motorraum
- 5
- Motor
- 6
- primäre Schallquelle
- 7
- Schallweg
- 8
- Wand
- 8-1
- Stirnwand
- 9
- Instrumententafel, I-Tafel
- 10
- Wandelement
- 10‘
- herkömmliches Dämmelement/Wandelement
- 11
- Dämmung
- 20
- Metamaterial
- 21
- erste/untere Deckschicht
- 22
- zweite/obere Deckschicht
- 23
- Dämmschicht, akustisch wirksame Schicht
- 24
- Zelle, Kaverne, Wabe
- 25
- Wand, Zellwand
- 26
- Zellinneres
- 30
- Oszillatorelement
- 31
- elastisches Element, Federelement
- 32
- Schwingmasse, Masse
- 33
- Bein
- 34
- Flügel
- 35
- zentraler Bereich
- 36
- Schlitz
