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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verkleidung, insbesondere ein Gehäuse, für eine Komponente eines elektrischen Antriebssystems. Derartige Komponenten sind beispielsweise der Elektromotor oder der Inverter eines Elektromotors. Sowohl der Inverter als auch der Elektromotor selbst erzeugen durch die in ihnen verwendeten Schaltelemente Lärm bei hohen Frequenzen, insbesondere zwischen 6 kHz und 12 kHz. Diese Geräusche dringen nach au-ßen und sind sowohl in ihrer Frequenz, als auch in ihrer Lautstärke störend.
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Herkömmlicherweise werden diese Geräusche dadurch von der Fahrgastkabine abgehalten, indem der Motorraum mit einer geräuschdämmenden Isolierung ausgestattet wird oder die Fahrgastkabine hinreichend von Außengeräuschen abgeschirmt gestaltet wird. Beide Maßnahmen erfordern einen großen Aufwand zur Geräuschdämmung und sind sehr kostenintensiv.
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Ziel muss es daher sein, die Kosten der Dämmmaßnahmen zu verringern. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, kostengünstige Maßnahmen zur Verringerung von Geräuschen eines Elektromotors oder einer seiner Komponenten zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Verkleidung nach Anspruch 1 sowie den Inverter oder Elektromotor nach Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verkleidung werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Erfindungsgemäß weist die Verkleidung eine erste Lage auf, die die Komponente zumindest abschnittsweise einschließen kann bzw. einschließt. Auf der der Komponente im eingebauten Zustand zugewandten Innenseite der ersten Lage ist erfindungsgemäß eine schallabsorbierende Lage angeordnet, die sich bereichsweise, im Wesentlichen oder vollständig über die Innenfläche auf der Innenseite der ersten Lage erstreckt. Mittels einer derartigen schallabsorbierenden Lage ist es möglich, den von der Komponente ausgehenden Schall unmittelbar an der Quelle des Geräuschs zu absorbieren und so eine Ausbreitung dieses Geräusches in die Umwelt zu verringern oder zu verhindern. Insbesondere werden nicht nur der Fahrer und Passagiere in einem Fahrzeug, das mit dem Elektromotor als Antrieb ausgestattet ist, vor dem Geräusch geschützt, sondern auch Passanten.
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Die erfindungsgemäße Lösung zur Verhinderung der Ausbreitung von Geräuschen eines Elektromotors oder eines Inverters erlaubt es insbesondere, auf große Schallabsorber im Motorraum eines Fahrzeugs zu verzichten, da der Schall bereits unmittelbar an der Quelle verringert wird. Dies reduziert den Aufwand für die Geräuschminimierung und deren Kosten erheblich.
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Die erfindungsgemäß schallabsorbierende Lage muss nicht zwingend in einem Stück zusammenhängend ausgebildet sein, sondern kann auch mehrere voneinander getrennte Bereiche aufweisen. Diese Bereiche können entweder unmittelbar aneinander anschließen oder auch voneinander beabstandet angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die schallabsorbierende Lage unmittelbar auf der ersten Lage, die insbesondere als metallische Lage ausgebildet sein kann, angeordnet. Alternativ kann die schallabsorbierende Lage auch beabstandet zur ersten Lage angeordnet sein, z. B. mittels Abstandshalter. Ein Abstand zwischen 2 und 15 mm, vorteilhafterweise 4 mm, hat sich als günstig erwiesen. Bei einem beabstandeten Anordnen der schallabsorbierenden Lage an der ersten Lage ist es insbesondere möglich, dass der Schall auch hinter die schallabsorbierende Lage in den Zwischenraum zwischen der schallabsorbierenden Lage und der ersten Lage eindringen kann und der Schall auch auf der dort angeordneten, der ersten Lage zugewandten Oberfläche der schallabsorbierenden Lage absorbiert wird.
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Als Dicke der schallabsorbierenden Lage eignen sich Dicken zwischen 2 mm und 30 mm, vorteilhafterweise 3 mm bis 15 mm, vorteilhafterweise 3 mm bis 12 mm. Insbesondere eine Dicke von 5 mm ist günstig bzgl. der schallabsorbierenden Eigenschaften und den hierfür entstehenden Kosten.
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Die schallabsorbierende Lage kann eine Vielzahl von Schichten aufweisen, insbesondere eine erste Schicht aus einem porösen Material mit einer Dicke zwischen 2 mm und 30 mm und vorteilhafterweise einer Dichte zwischen 10 kg und 300 kg pro m3.
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Weiterhin kann die schallabsorbierende Lage eine zweite Schicht aufweisen, die ein mikroperforiertes Material enthält oder daraus besteht. Dieses kann eine Dicke zwischen 0,1 mm und 3 mm, vorteilhafterweise 0,15 mm bis 4 mm, vorteilhafterweise 0,2 mm aufweisen. Die Öffnungen/Löcher des mikroperforierten Materials haben vorteilhafterweise einen Durchmesser von 0,1 mm bis 2 mm. Dabei sind 5 bis 20 Löcher pro cm2 besonders vorteilhaft. Bei den oben angegebenen Werten handelt es sich um Werte, bei denen jeweils eine gute Schallabsorption im Frequenzbereich des von dem Elektromotor oder dem Inverter ausgestrahlten Schalls, insbesondere zwischen 6 kHz und 12 kHz, gegeben ist.
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Das mikroperforierte Material kann beispielsweise aus einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, beispielsweise einem 1.4301-Stahl, bestehen oder diesen aufweisen. Insbesondere in diesem Fall kann das mikroperforierte Material also ein Spießblech oder ein Lochblech sein.
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Zu einer Seite oder zu beiden Seiten der schallabsorbierenden Lage kann auch eine weitere dritte Schicht vorgesehen sein, die ein Gewebe, beispielsweise ein feinmaschiges Gewebe, enthält oder daraus besteht. Als derartiges Gewebe bietet sich hier ein Gewebe aus Edelstahl an. Die Maschenweite eines derartigen Gewebes beträgt vorteilhafterweise 0,1 bis 2 mm. Ein solches Gewebe verhindert zum einen ein Durchrutschen der Fasern der ersten Schicht durch die Löcher der zweiten Schicht. Zum anderen leistet das Gewebe einen weiteren Beitrag zur Schallabsorption.
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Eine weitere vierte Schicht ist ebenfalls möglich, die auf einer Seite der ersten Schicht angeordnet werden kann, die vorteilhafterweise aus metallischem Material, wie beispielsweise Edelstahlblech oder hier insbesondere 1.4301-Stahl oder einem Aluminiumblech besteht. Diese vierte Schicht befindet sich dann vorteilhafterweise auf der der mikroperforierten Lage gegenüberliegenden Seite der ersten Schicht.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Verkleidungen, insbesondere Gehäuse sowie erfindungsgemäßer Antriebskomponenten gegeben. Dabei werden gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen und ähnlichen Bezugszeichen versehen, ohne ihre Beschreibung zu wiederholen. In den folgenden Beispielen werden zu den erfindungsgemäß wesentlichen Merkmalen eine Vielzahl von optionalen Merkmalen kombiniert. Diese optionalen Merkmale können auch einzeln oder auch in beliebiger Kombination mit anderen optionalen Merkmalen desselben oder eines anderen Beispiels zur Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
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Es zeigen
- 1 u. 2 Querschnitte im Ausschnitt erfindungsgemäßer Verkleidungen;
- 3 einen Querschnitt im Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Verkleidung;
- 4 einen Elektromotor mit Verkleidung;
- 5A die Verkleidung des Elektromotors aus 4;
- 5B eine beispielhafte Ausführung der schallabsorbierenden Lage aus 5A;
- 5C eine beispielhafte Ausführung der ersten Lage 10 aus 5A und
- 6 u. 7 die Verkleidung des Elektromotors aus 4 im Schnitt.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Ausschnitts aus einer Verkleidung 1, die ein Gehäuse für einen Inverter oder einen Elektromotor bildet. Die Verkleidung 1 weist eine Innenseite 6, die im verbauten Zustand der Komponente, d. h., dem Elektromotor oder dem Inverter, zugewandt ist und eine Außenseite 7, die dieser abgewandt ist, auf. Die Verkleidung 1 weist weiterhin eine erste Lage 10 als Gehäuseelement auf. Dieses ist typischerweise aus einem metallischen Material oder aus einem Kunststoff. Auf der Innenseite 6 dieser ersten Lage 1 ist eine schallabsorbierende Lage 20 angeordnet, die Geräusche absorbiert, die von der Komponente, zu der die schallabsorbierende Lage benachbart angeordnet ist, ausgehen und die dadurch deren Übertragung zur Außenseite 7 der Verkleidung 1 verringert bzw. verhindert. In 1 ist die Verkleidung 1 beispielhaft ein Teil eines Deckels 4 eines Gehäuses, der eine Kontaktfläche 5 zu einer nicht dargestellten Gehäusewanne aufweist.
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Auf der Innenseite 6 der ersten Lage 10 ist die Innenseite 11 der schallabsorbierenden Lage 20 und auf der Außenseite 12 der schallabsorbierenden Lage 20 ist die Außenseite 7 der ersten Lage 10 zu finden.
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In 1 ist die schallabsorbierende Lage 20 mittels eines Abstandshalters 13 beabstandet zu der ersten Lage 1 angeordnet. Dadurch kann der von der Komponente erzeugte Schall nicht nur auf der Seite 11 von der schallabsorbierenden Lage 12 absorbiert werden. Vielmehr kann der Schall auch in den Zwischenraum zwischen der ersten Lage 10 und der schallabsorbierenden Lage 20 eindringen und dort ebenfalls von der schallabsorbierenden Lage 20 absorbiert werden.
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Beispielsweise kann die Lage 10 aus Stahlblech, Edelstahlblech, Aluminium, Sandwichblech oder Druckguss bestehen. Vorteilhafte Dimensionen sind eine Dicke von 0,1 bis 6 mm, bevorzugt 0,3 bis 0,6 mm. Die Lage 10 kann glatt oder strukturiert, beispielweise genoppt, sein. Im vorliegenden Fall weist die Lage 10 eine Dicke von 0,4 mm auf.
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Als Materialien für Lage 20 kommen Fasermatten wie Glasfasermatten, Basaltsteinwolle, Baumwolle, Naturfaser in Frage, aber auch Schäume wie zum Beipiel PUR-Schaum oder Melaminschaum. Die Dicke von Lage 20 kann zwischen 2-30mm variieren, bevorzugt wird ein Material mit einer Dicke von 3-6 mm verwendet. Im vorliegenden Fall ist die Lage 20 eine Glasfasermatte mit einer Dicke von 4 mm.
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2 zeigt eine Verkleidung 1 ähnlich derjenigen in 1. Im Unterschied zu 1 ist nunmehr jedoch die schallabsorbierende Lage 20 unmittelbar auf der ersten Lage 10 angeordnet und mit Befestigungselementen 14, im vorliegenden Beispiel eine Schraube, an der ersten Lage 10 befestigt.
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3 zeigt im Querschnitt und im Ausschnitt eine schallabsorbierende Lage 20 einer Verkleidung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, die so in 1 oder 2 an einer ersten Lage statt der in diesen Figuren gezeigten schallabsorbierenden Lage 20 angeordnet werden kann.
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Die schallabsorbierende Lage 20 weist eine erste Schicht 22 aus einem porösen Material auf. In Richtung der umfassten Komponente, d. h., abgewandt von der ersten Lage, die in 3 nicht dargestellt ist, also auf der Innenseite 6 bzw. 11, ist eine zweite Schicht 23 aus mikroperforiertem Material, beispielsweise ein Edelstahlspießblech, angeordnet. Zwischen der ersten Schicht 22 und der zweiten Schicht 23 ist eine dritte Schicht 24 aus einem Gewebe angeordnet. Auf der diesen Schichten abgewandten Seite der ersten Schicht 22 ist eine vierte Schicht 25 angeordnet, die aus einem - in diesem Beispiel durchgehenden, nicht durch Öffnungen unterbrochenen - Metallblech besteht bzw. dieses enthält.
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Dadurch, dass die schallabsorbierende Lage aus insgesamt vier Schichten aus porösem Material, mikroperforiertem Material, Gewebe und einem Blech besteht, weist sie sehr gute schallabsorbierende Eigenschaften auf.
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Schicht 22 aus porösem Material kann aus einem vliesähnlichen Material wie Glasfasermatten, Basaltsteinwolle, Baumwolle, Naturfaser bestehen, aber auch Schäume wie zum Beipiel PUR-Schaum oder Melaminschaum kommen in Frage, im vorliegenden Beispiel ein PUR-Schaum.
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Als mikroperforierte Schicht 23 wird bevorzugt ein Spieß- oder Lochblech aus Edelstahl, Stahl oder Aluminium verwendet mit einer Dicke zwischen 0,1 und 4 mm und einer Lochgröße von 0,1 bis 4mm, bevorzugt 0,3 bis 2mm, bevorzugt 0,75 bis 1,25mm, im vorliegenden Fall ein Edelstahl-Spießblech mit einer Dicke von 2 mm und einer Lochgröße von 1 mm.
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Das Gewebe 24 kann ein Edelstahlgewebe, ein Glasgewebe oder ein Carbongewebe sein. Das Edelstahlgewebe hat im vorliegenden Beispiel beispielsweise einen Strömungswiderstand von 1430 Pas/m2. Sofern ein Thermo-E-Glasgewebe verwendet wird, weist dieses beispielsweise eine Fadenzahl von Kette/Schuß 12/11,5 Fd pro cm auf.
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Die vierte Schicht 25 besteht vorteilhafterweise aus einem weiteren mikroperforiertem Blech aus Aluminium, Edelstahl oder, wie im vorliegenden Beispiel aus Stahl mit einer Lochgröße von 1mm bestehen, vor allem wenn der Aufbau der Verkleidung demjenigen in 1 entspricht. Mit Abstandshalter und zwei mikroperforierten Schichten erhält man die bestmögliche Schallabsorption. Alternativ kann Schicht 25 aber auch aus einem glatten Blech bestehen, beispielsweise aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 0,1 bis 3 mm, bevorzugt 0,5 mm. In einer anderen Ausführung kann Schicht 25 auch aus einem Edelstahl- oder Stahlblech bestehen.
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4 zeigt einen Elektromotor 2, der in einem Gehäuse 1 als Verkleidung eingebaut ist. Dieses Gehäuse umgibt zylinderförmig den Elektromotor 2 und weist eine erste Lage 10 auf, auf der eine schallabsorbierende Lage 20 auf der dem Elektromotor 2 zugewandten Innenseite der ersten Lage 10 angeordnet ist. Die schallabsorbierende Lage 20 wird in 4 mit Klemmen 15 an der ersten Lage 10 gehalten.
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Die schallabsorbierende Lage 20 besteht hierbei aus einer Glasfasermatte und einem mikroperforiertem Blech und ist mittels Abstandshalter 13 beabstandet zum Elektromotor 2 angeordnet. Im Unterschied zu dem Abstandshalter in 1 besteht dieser in 4 (nicht sichtbar) und 5 aus Moosgummistreifen, die auf die schallabsorbierende Lage 20 geklebt werden. Die Moosgummistreifen verhindern außerdem, dass Schall nach außen tritt, indem der Spalt zwischen schallabsorbierender Lage 20 und E-Motor 2 vollständig geschlossen werden kann. Eine weitere Wirkung des Abstandshalters 13 in 4 und 5 ist die Kompensierung von geometrischen Toleranzen bei Bauteil und Gehäuse durch seine Elastizität.
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5A zeigt in Aufsicht die Verkleidung bzw. das Gehäuse 1 aus 4 in isolierter Form. Hierbei sind die Abstandshalter 13 gut zu erkennen.
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5B zeigt eine mögliche Ausführung der schallabsorbierenden Lage 20 in 5A im Schnitt. In 5A und 5B besteht die erste Schicht der absorbierenden Lage 20, also die poröse Schicht 22, aus einer Glasfasermatte, die mit Klemmen 15, die integral mit der ersten Lage 10 ausgebildet sind, zusammen mit der zweiten Schicht der absorbierenden Lage 20, also mit der mikroperforierten Schicht 23, an der ersten Lage festgelegt ist. Die in 5B gezeigte zweite Schicht der absorbierenden Lage ist ein mikroperforiertes Edelstahlspießblech mit Löchern 26.
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5C zeigt eine mögliche Ausführung der Lage 10 aus 5 in sehr großer Vergrößerung im Querschnitt und mit noppalierter Struktur. Hier kann zum Beispiel ein Noppenblech mit einem Noppenraster von 5-20mm, bevorzugt 7mm und eine Noppenhöhe von 2,5 mm zum Einsatz kommen.
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Figure 6 zeigt eine Draufsicht auf die Verkleidung 1 aus 4 und 5. Von oben zu erkennen sind die Klemmen 15 (hier gezeigt a bis c), die integral aus der ersten Lage gebildet sind, und die die absorbierende Lage 20, bestehend aus poröser Schicht 22 und mikroperforiertem Metall 23, aus 5B an der ersten Lage 10 festlegen. Von den Abstandshaltern 13 aus Moosgummi ist nur der oberste (13a) zu sehen.
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7 zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B in 6. Zu sehen sind nun alle der Abstandshalter 13 a bis c, die erste Lage 10 und die schallabsorbierende Lage 20 mit poröser Schicht 22 und zweiter Schicht aus mikroperforiertem Blech 23. Am rechten und linken Ende der ersten Lage 10 sind die Klemmen 15 erkennbar, die integral aus der ersten Lage 10 hervorgehen und die schallabsorbierende Lage an der ersten Lage 10 festlegen.
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- 1
- Verkleidung
- 2
- Elektromotor
- 4
- Deckel eines Gehäuses
- 5
- Kontaktfläche Deckel zu Gehäusewanne
- 10
- erste Lage
- 20
- schallabsorbierende Lage
- 6,11
- Innenseite
- 7,12
- Außenseite
- 13
- Abstandshalter
- 14
- Befestigungselement, Schraube
- 15
- Klemmen zur Befestigung der schallabsorbierenden Lage
- 22
- erste Schicht der absorbierenden Lage aus porösem Material
- 23
- zweite Schicht der absorbierenden Lage aus mikroperforiertem Material
- 24
- dritte Schicht der absorbierenden Lage aus Gewebe
- 25
- vierte Schicht der absorbierenden Lage aus Metallblech
- 26
- Loch im mikroperforierten Material
