DE10220193A1

DE10220193A1 - Reduzierung des Reifenlärms

Info

Publication number: DE10220193A1
Application number: DE2002120193
Authority: DE
Inventors: Oskar Bschorr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Im Torusraum eines Reifens herrscht bei normaler Fahrgeschwindigkeit ein Schallpegel von 150 dB. Wegen der begrenzten Schalldämmung der Reifenwand wird dieser Lärm nach außen übertragen und macht einen merklichen Anteil am Reifen/Straßenlärm aus. Es ist bekannt, dagegen in den Torusraum Schaumstoff einzubringen. Nicht nur aus akustischen Gründen hat diese Lösung keinen Eingang in die Praxis gefunden. Deswegen wird vorgeschlagen, in den Torusraum eines Reifens 11 zugsteife und mikroperforierte Absorberwände 12 aufzuspannen. Die Absorberwand 12 ist am Reifen 11 befestigt, stabilisiert sich durch die Fliehkraft in Fahrt und teilt den Torusraum in akustisch inhärente Teilräume. Die Mikroperforationen 14 der Absorberwand 12 bewirken eine breitbandige Schalldämpfung.

Description

Gegenstand der Erfindung ist es, die Geräuschabstrahlung von Kraftfahrzeugreifen, speziell den aus dem Torusraum transmittierten Anteil, herabzusetzen.
Im Torusraum eines PKW-Reifens treten bei normaler Fahrgeschwindigkeit Schallpegel in der Größenordnung von 150 dB auf, das entspricht einem Schalldruck von 600 Pa. Da die Schalldämmung des Reifens begrenzt ist, wird ein Teil des Toruslärms nach außen emittiert. In DE 29 46 273 aus dem Jahre 1979 wurde vorgeschlagen, den Torusraum mit Schaumstoff zu bedämpfen. In den neueren Patenten DE 44 00 912 sind dazu eine praxisgerechte Montage und in EP 0 663 306 B1 Verbesserungen bei der Fliehkraftbelastung beschrieben. Außerdem überträgt sich die tieferfrequente 1. Ringmode, deren Resonanzfrequenz in einem 15-Zoll- Reifen bei 230 Hz liegt, als Körperschall in den Innenraum des PKWs und verschlechtert den Fahrkomfort. Um diese Störung auszuschließen sind an der Felge auf diese Frequenz abgestimmte Helmholtz- oder λ/4-Resonatoren vorgeschlagen worden. (M. Haverkamp, VDJ- Bericht 1494 "Reifen. Fahrwerk. Fahrbahn." VDJ-Verlag, Düsseldorf. 1999)
Die Dämpfung des Torusschalls durch Absorptionsstoffe hat bis jetzt noch keinen serienmäßigen Einsatz gefunden. Das liegt einmal daran, daß an der Reifeninnenwand angebrachte Absorptionsstoffe erst ab einer Schichtdicke von ein Viertel der Schallwellenlänge λ dämpfen. Selbst bei einer hochfrequenten Welle von 1000 Hz ergibt dies rechnerisch eine Dicke von 8 cm. Auch bei einer Positionierung in Torusmitte begrenzt der Impedanzsprung zwischen Luft und Schaumstoff die Dämpfungswirkung. Ein inhomogener Absorptionsstoff dagegen mit einem kontinuierlichen Impedanzübergang hat Probleme mit der Herstellung, der mechanischen Festigkeit und der elastischen Umwuchtverlagerung. Auch der Einsatz von Helmholtz- und λ/4-Resonatoren brachte keinen befriedigenden Erfolg. Dies liegt daran, daß aufgrund der Torus-Geometrie die akustischen Moden entartet sind, d. h. diese sind nicht räumlich fixiert, sondern können jede Lage einnehmen. Ein diskreter Resonators hebt diese Entartung auf, positioniert dort das Druckminimum einer Mode, verursacht eine Fehlanpassung und verschlechtert so die Dämpfung.
Aufgabe der Erfindung ist die akustische Bedämpfung des Torusraumes von pneumatischen Reifen ohne konventionelle Absorptionstoffe und ohne deren Nachteile bezüglich der akustischen Wirkung, der Montage, dem Volumen- und auch Gewichtsbedarf und der mangelhaften Unwuchtfestigkeit.
Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung wird diese Aufgabe durch den Einbau von Absorberwänden in den Reifentorus gelöst. Eine solche Absorberwand hat einen vergleichbaren Aufbau wie die Reifenseitenwand, ist flexibel aber zugfest und ist neben der Eigensteifigkeit vor allem durch Zentrifugalkräfte und auch durch Innendruck geometrisch fixiert. Die Absorberwand ist mit Absorberelementen z. B. Mikroperforationen, Perforationsclustern, mitschwingenden und/oder koinzidierenden Flächen versehen. Wie eine poröse Fläche besitzt auch eine diskrete Perforationsöffnung eine breitbandige Resistanz und vermag so eine einwirkende Schallwelle zu dämpfen. Sind die Abstände zwischen den einzelnen Absorberelementen kleiner als die halbe zu dämpfende Schallwellenlänge λ/2, so entspricht dies einer kontinuierlichen, homogenen Verteilung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Torusraum durch das Flächengewicht und die Steifigkeit der Absorberwände in zwei oder mehrere Teilvoluminas unterteilt, deren Eigenfrequenzen in einen höheren und damit leichter zu dämpfenden und zu dämmenden Frequenzbereich transponiert werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung haben benachbarte Teilräume eine unterschiedliche, inkommensurable Geometrie. Eine solche Maßnahme bewirkt unterschiedliche Modenfelder und hebt eine Wellenkohärenz auf, so daß an den beiden Seiten einer Absorberwand unterschiedliche Schalldrücke anliegen, denn nur bei einer Schalldruckdifferenz kommen die Absorberelemente wie Perforationen, mitschwingende und koinzidierende Flächen zur Wirkung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Begrenzungen von an sich bekannten Helmholtz- und λ/4-Resonatoren als Absorberwände mit integrierten Absorberelementen ausgeführt. Die Resonatoren sind dabei auf die unteren und die Absorberelemente auf oberen Störfrequenzen abgestimmt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erhält die Absorberwand inhomogenes Flächengewicht und Steifigkeit. Bei einer inhomogenen Verteilung treten bei Schallbeaufschlagung lokal unterschiedliche zwangserregte Auslenkungen auf, die sich in der Absorberwand als Flächenwellen ausbreiten und damit bei Dämpfung ebenfalls zur Redukion des Torusgeräusches beitragen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Absorberwände so ausgelegt, daß sie bei einem Reifendefekt einen Notlauf gewährleisten. Dies kann einfach durch eine mechanische Versteifung erreicht werden. Auch mit einer flexiblen Absorberwand läßt sich ein pneumatischer Innenreifen realisieren. Als Absorberelemente dienen hierbei a priori dichte Resonatorflächen mit zeitlichen oder räumlichen Koinzidenzen. Wird bei einem Reifendefekt auftretende Druckverlust zum automatischen Verschluß der Mikroperforationen genutzt, so ergibt auch die perforierte Absorberwand einen Notreifen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher spezifiziert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Querschnitt Am Reifen befestigte und mikroperforierte Absorberwände.
Fig. 4 Mikroperforierte und scheibenförmige Absorberwände.
Fig. 5 Mikroperforierte Absorberwand mit Schnelledämpfern.
Fig. 6 Absorberwand mit Notlaufeigenschaft.
Fig. 7 durch Absorberwand gebildete Luftschallresonatoren.
Fig. 8 an der Felge montierte und als Luftschallresonatoren ausgebildete Absorberwände.
Fig. 9 an der Felge montierte Absorberwände mit Notlaufeigenschaft.
Fig. 10 bis 12 Längsschnitt durch Reifen mit nichtrotationssymmetrischen Absorberwänden
Fig. 13 Draufsicht auf wellenförmig geformte Absorberwand. (Querteilung)
Fig. 14 bis 19 Draufsicht auf Absorberwände mit unterschiedlichen Absorberelementen.
Fig. 20 Schnitt durch Absorberwand mit mechanischem Resonator.
Fig. 21 und 22 fahrtabhängige Perforationen in einer Absorberwand.
Fig. 23 bis 27 Schnitt durch Absorberwand mit unterschiedlichen Mikroperforationen.
Fig. 28 und 29 Mechanisch steif ausgeführte Absorberwände mit Notlaufeigenschaft.
Fig. 30 Meßdiagramme
Zur einheitlichen Beschreibung werden folgende Bezeichnungen vereinbart: Mit X als Nummer der betreffenden Figur bedeuten X0 die Felge und X1 den Reifen. X2 = Flexible, aber gegenüber Fliehkraft und Innendruck zugfeste Absorberwand, z. B. gummiertes oder akustisch resistives Gewebe. X3. = Zusätze zur Absorberwand, z. B. Doppelwand zur Erhöhung der Gesamtsteifigkeit oder zur Bildung von Körperschall- und Luftschallresonatoren. X4/5 = Absorberelement, z. B. Mikroperforationen, Koinzidenzflächen, Flächenresonatoren. Klassisch ist eine Perforation nach dem Hagen-Poiseuille'schen Gesetz ein Strömungswiderstand, der bei einer Druckdifferenz Δp einen Durchfluß V° ergibt. Das Verhältnis Δp/V° = R stellt akustisch eine Flußresistanz R [Ns/m⁵] und zusammen mit seiner Luftmasse eine Flußreaktanz Y dar. Nach der bekannten Theorie - microperforated panels - wird eine Mikroperforation durch seine Flußimpedanz Z = R + iY [Ns/m⁵] beschrieben; i = √-1 ist die Imaginäreinheit. Für die Dimensionierung ist die flächenspezifische Impedanz z = r + iy = ZS/n [Ns/m³] maßgebend, gültig wenn n Mikroperforatio nen gleichmäßig und mit einem gegenseitigen Abstand kleiner als λ/2 (λ = Schallwellenlänge) über eine Fläche S der Absorberwand verteilt sind. Gegenüber einem Resonator wirken Mikroperforationen über einen großen Frequenzbereich. Eine ungleiche Verteilung und eine Konzentrierung verursacht einen Impedanzsprung und kann speziell zur Fixierung und Inhärenz von akustischen Moden ausgenützt werden. In gleicher Weise lassen sich auch resonante und/oder koinzidierende Flächen (= zeitliche und örtliche Resonatoren) in die Absorberwand integrieren und wieder durch die Impedanzgrößen Z und z beschreiben. X6, X7 = Luftschallresonatoren und Zusätze; klassisch sind dies Helmholtz- und λ/4-Resonatoren, deren Dimensionierung ist ebenfalls Stand der Technik. Um über ein Frequenzintervall eine Flußresistanz R bereitzustellen, ist zwar ein Mindestvolumen Bedingung, eine große konstruktive Freiheit bietet die geometrische Form der Luftschallresonatoren, damit können auch die Resonanzfrequenzen der höheren Harmonischen eingestellt und genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, die Resonatoren ebenfalls mittels Mikroperforationen zu bedämpfen. Die Modenentartung in Umfangsrichtung und die Modeninstabilität in radialer und axialer Richtung (wenn "Höhe" und "Breite" des Torusraumes sich wenig unterscheiden) verlangt eine darüber hinausgehende Auslegung; so sind bei Dämpfung die Öffnungen der Luftresonatoren gleichmäßig zu verteilen und möglichst nahe den Druckmaximas anzubringen. Es kann aber auch Aufgabe sein, mit punktuellen Impedanzminimas die Moden lokal zu fixieren. X8 = Feste Absorberwände mit Notlaufeigenschaft. Auch hier dienen integrierte Luftschallresonatoren (X6) und Mikroperforationen (X4, X7) zu Dämpfung.
In den Meßdiagrammen der Fig. 30 ist die Problematik verdeutlicht. Die Fig. 30a zeigt die terzspektrale Übertragungsfunktion G_ST = S - T [dB] des Geräusches T [dB] im Torusraum eines PIARC-Normreifens und der Straßentextur S [dB] re 0,001 mm. Die Fig. 30b enthält die zugeordnete Übertragungsfunktion G_LS = L - S [dB] zwischen dem 7,5 m-Vorbeifahrt- Geräusches L [dB] und wieder der Straßentextur S. Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h. wurden die unterschiedlichsten Straßentypen vermessen. Bei allen Straßentypen gleich, zeigt in Fig. 30a das Torusgeräusch bei 250 und 500 Hz ausgeprägte Resonanzen mit einem Abstand von 20 bis 30 dB zu den dazwischen liegenden Antiresonanzen. Dies sind die Ringresonanz und deren 1. Harmonische. Wie man in Fig. 30b sieht, hat auch der Vorbeifahrtpegel L diese Resonanz/Antiresonanzen mit einer Differenz von ca. 5 dB und bestätigt so experimentell die Abstrahlung von Torusgeräusch nach außen. Diese 250 und 500 Hz- Resonanzen sind dominant wenn es bei Temperaturinversion zu Lärmstörungen im Fernfeld kommt. Nicht so gut sichtbar, aber kritischer sind die bei 0,8 und 1,6 kHz liegenden Torusresonanzen. Durch Bedämpfung des Torusraumes läßt sich die Resonanzüberhöhung und damit auch der Außenpegel verringern. Eine Gesamtreduktion von 3 dB halbiert die Fläche einer Lärmzone und damit auch die Lärmkosten. Selbst bei nur 1 dB ergibt sich eine Flächen- und Kostenreduktion von 26%.
In der Grundausführung nach Fig. 1 bildet eine flexible, aber zugsteife Absorberwand 12 - vom Aufbau her vergleichbar einer Reifenseitenwand - einen zylinderförmigen Streifen und ist mit beiden Rändern umlaufend am Reifenwulst 11 befestigt. Bei der Fliehkraftbelastung in Fahrt nimmt die Absorberwand 12 Rotationssymmetrie an und teilt das Reifeninnere in zwei getrennte Torusräume. Die Absorberwand 12 ist mit Mikroperforationen 14 versehen; deren akustische Resistanz zur Bedämpfung des Torusraumes genützt wird. Durch die Auslenkung der Karkasse infolge Profildiskontinuität und Straßentextur wird der Torusschall primär in den äußeren Torusring abgestrahlt und geht unter Absorptionsverlust in den Innentorus über. Es ist bekannt, die Resistanz einer luftdurchlässigen, mikroperforierten Wand z. B. auf Absorptionsoptimum r = ρc (= Kennimpedanz der Reifenluft) mit 50% Absorption, 25% Reflexion und 25% Transmission auszulegen. Bekannt ist ebenfalls über das Flächengewicht und die Eigen- und Fliehkraftsteifigkeit die Dämmung der Absorberwand 12 zu dimensionieren. Gegenüber den konventionellen, voluminösen Dämpfungsmitteln, z B. Schaumstoff benötigt die selbsttragende Absorberwand als zugsteifes Gewebe sehr viel weniger Bauvolumen und - gewicht, kann in einfacher Weise an dem optimalen Absorptionsort nahe der Schallentstehung positioniert werden, erleidet keine zu Unwucht führende Schwerpunktsverschiebung und transponiert dank der Raumaufteilung das Eigentonnetz in den leichter zu dämpfenden und dämmenden oberen Frequenzbereich.
Exemplarisch auch für die anderen Ausführungsbeispiele sollen hier auch die möglichen Komplikationen bei der Reifenmontage und -demontage ausgeräumt werden: Wenn beim Aufpumpen des Reifens die Luftdurchlässigkeit der Mikroperforationen 14 nicht ausreichen sollte, sind die beiden Torusräume durch eine - hier nicht eingezeichnete - elastische Ventilklappe in der Absorberwand 12 verbunden. Bei Fahrt ist diese dank Rückstellkraft soweit geschlossen, daß sie keine akustische Störung darstellt. Um beim Luftablassen einen Verschluß zu verhindern, sind z. B. die Seiten der Absorberwand 12 versteift und halten für das - hier nicht eingezeichnete - Reifenventil und die Ventilklappe einen gemeinsamen Ringkanal offen.
In Fig. 2 sind 2 Absorberwände 22 und 22' wieder umlaufend am Reifen 20 befestigt und bilden 3 konzentrische Torusräume. Die Dämpfung des Torusschalls ist analog zu Fig. 1, verbessert sich aber mit der Zahl der Absorberwände und der Teilräume. Die Absorberwände 22 und 22' selbst sind luftdurchlässig oder haben gezielte Mikroperforationen 24. Die akustische Impedanz von kreisförmigen Perforationen ist bekannt, vorteilhaft sind auch schlitzförmige Perforationen mit einer im Verhältnis zur Fläche größeren Oberfläche und damit einer erhöhten Dämpfung. Ist der gegenseitige Abstand der Perforationen kleiner als die halbe zu dämpfende Schallwellenlänge, so läßt sich auch dieser Fall analog zu Fig. 1 durch einen homogenen, flächenspezifischen Absorptionsgrad kennzeichnen. Gezielte künstliche Mikroperforationen 24 liefern gegenüber einer natürlichen Gewebedurchlässigkeit eine größerer Konstruktionsfreiheit und sind unempfindlichen gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung. Aufgrund der Torussymmetrie sind die Eigenmoden in Umfangsrichtung nicht ortsfest und es liegt eine akustische Entartung vor. Mit konzentrischen Absorberwänden 22 und 22' und quasihomogener Verteilung der Mikroperforationen 24 wird diese Entartung nicht aufgehoben. Mit zunehmender Verkleinerung des Torusraumes zwischen Reifen 21 und äußerer Absorberwand 22 bewirkt die Aufstandsdelle eine teilweise Aufhebung der Modenentartung, während dies in den anderem Torusräumen weiter besteht. Eine solche Konstellation begünstigt die Phasenverschiebung der Schallfelder in den einzelnen Teilräumen, vergrößert die Druckdifferenzen und damit die Schalldämpfung der Absorberwand 22.
In Fig. 3 sind wieder 2 Absorberwände 32 und 32' so am Reifen 31 angebracht, daß die sich bildende Torusräume die besonders schalldurchlässigen Seitenflächen des Reifen 30 abschirmen. Zur Positionierung der Absorberwände 32 und 32' ist ein Spannstreifen 33 vorgesehen, dieser ist ebenfalls mit Mikroperforationen 34 oder den anderen, in den Fig. 16 bis 20 dargestellten Absorberelementen versehen.
Die Ausführung nach Fig. 4 soll insbesonders die in achsenparalleler Richtung schwingenden Torusresonanzen reduzieren. Dazu sind an einer zylinderförmigen Absorberwand 42 hier 2 scheibenförmige Absorberwände 42' und 42" befestigt. (Wie in Fig. 8 ist es auch möglich, in die Absorberwände 42 'und 42" Luftschallresonatoren zu integrieren.) Zur Schalldämpfung sind diese mit Mikroperforationen 44 versehen. Die Unterteilung des Innenraum des Reifens 41 durch die Absorberwände 42, 42 'und 42" dient wieder zur Transponierung der Torusresonanzen in einen höheren und akustisch leichter zu beherrschenden Frequenzbereich und zur Festlegung deren gegenseitigen Lage. Im besonderen können damit Resonanz- und Antiresonanzfrequenz von Teilräumen zusammengelegt werden.
In Fig. 5 ist wieder eine Absorberwand 52 mit Mikroperforationen 54 versehen und am Reifen 51 befestigt und bedämpft primär den Schalldruck. (Der Druckunterschied an den beiden Seiten der Perforation 54 induziert eine verlustbehaftete Strömung.) Zusätzlich ist die Absorberwand 52 mit zugfesten Fäden 56 zur Dämpfung der Schallschnelle besetzt. In Fahrt unter Fliehkrafteinwirkung stehen diese Fäden radial nach außen und reduzieren insbesondere die tieffrequenten Ring- und auch die Axialmoden.
In Fig. 6 bildet eine umlaufende Absorberwand 62 wieder mit dem Reifen 61 eine Einheit. Die Wandung 62 ist luftdicht und soll bei einer Panne als Notreifen dienen. In die Wandung sind mitschwingende bzw. koinzidierende Flächen 64 als Absorberelemente eingebaut. Deren Aufbau und Wirkungsweise ist in den Fig. 14 bis 20 beschrieben. Ein nicht eingezeichnetes Rückschlagventil ermöglicht in beiden Teilräumen einstellbaren Luftdruck.
In Fig. 7 bilden zwei umlaufende Absorberwände 72 und 72', durch - hier nicht eingezeichnete radial verlaufende Trennwände - mit dem Reifen 71 verbunden, Luftschallresonatoren mit den Öffnungen 76 und 76'. Deren Resonanzfrequenzen sind vorzugsweise auf die axialen Torusmoden abgestimmt und reduzieren dadurch das durch die Seitenwände transmittierten Torusgeräusch. Mit Mikroperforationen 77 am Druckmaximum wird die Dämpfung der Resonatoren 76 und 76' erhöht, durch die Lage der Mikroperforationen 77 in Felgennähe wirken diese gleichzeitig zur Bedämpfung der radialen Torusmoden. In den Ringraum zwischen Reifen 71 und Absorberwände 72 und 72' lassen sich weitere Resonatoren, insb. zur Dämpfung der Umfangsmoden unterbringen. Abhängig von der geforderten spektralen Flußresistanz ist lediglich ein Gesamtvolumen einzuhalten, für die Form der Luftschallresonatoren dagegen besteht eine große konstruktive Freiheit.
Während in den Ausführungen nach Fig. 1 bis 7 die Absorberwand ausschließlich mit dem Reifen eine Einheit bildet, sind in den Fig. 8 und 9 die Absorberwände 82 und 92 den Felgen 80 und 90 befestigt. Zur Montage der flexiblen aber zugfesten Absorberwände 82 und 92 haben diese am Innenkreis radiale Einschnitte und können so über den Außendurchmesser der Felgen 80 und 90 gezogen und in jeder geforderten Position aufgespannt werden. In Fig. 8 bilden scheibenförmige Absorberwände 82 Luftschallresonatoren 86 mit den Mikroperforationen 87, die dank ihrer Lage (vergl. Fig. 7) sowohl die Resonatoren 86 als auch den Torusraum bedämpfen. Durch radiale Trennwände sind die Resonatoren 86 unterteilt und können so auch verschiedene, über ein größeres Frequenzband verteilte Eigenfrequenzen aufweisen. - In Fig. 9 bildet die luftundurchlässige Absorberwand 92 einen Notreifen. Mit einer Doppelwandung 93 lassen sich verschieden abgestimmte Luftschallresonatoren 96 zur Dämpfung des Torusgeräusches realisieren. Durch hier nicht dargestellte Verstrebungen zwischen Absorber- und Doppelwand 92 und 93 läßt sich die Steifigkeit und damit auch die Wellengeschwindigkeit bis zur Schallgeschwindigkeit der Reifenluft erhöhen. Bei dieser Auslegung wirkt die Absorberwand 92 als Koinzidenzdämpfer.
In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen war der naheliegende Fall mit konzentrischer und rotationssymmetrischer Anordnung der Absorberwände ausgegangen. In den folgenden Fig. 10 bis 13 ist im Schnitt senkrecht zur Reifenachse eine periodische - und auch aperiodische - Segmentierung der Absorberwände 102, 112, 122 und 132 dargestellt. Wie gehabt sind diese wieder mit Mikroperforationen 104, 114, 124 und 134 versehen. In Fig. 10 und 11 sorgen Einschnürungen 103 und 113 für die periodische Segmentierung. Diese sind bei den Grundformen nach den Fig. 1 bis 5 anwendbar. In Fig. 12 hat eine scheibenförmige Absorberwand 122 (wie in den Fig. 4 und 8) außen radiale Unterbrecher 125. Fig. 13 zeigt in Draufsicht eine Abwicklung der Felge 131. An dieser ist eine wellenförmige, radial nach außen verlaufende Absorberwand 132 mit Mikroperforationen 134 angebracht. Die Segmentierung hat folgende akustische Wirkungen: In einem Torus mit konstantem Querschnitt liegt eine Modenentartung vor, dank der Ringsymmetrie sind die tangentialen Eigenmoden nicht raumfest. Je kreisförmiger der Torusquerschnitt wird, desto instabilen, desto entarteter werden auch die radialen und axialen Moden. Durch die Segmentierung wird die Modenentartung aufgehoben. Zum zweiten verwandelt die Segmentierung den Toruskanal in einen Kettenleiter mit den bekannten spektralen Sperr- und Durchgangsbereichen. Damit läßt sich auch eine spektrale Dämpfung einstellen. Zum dritten setzt eine Querschnittsänderung die effektive Schallgeschwindigkeit und damit die Resonanzen im Toruskanal herab. In Fig. 13 schließlich haben die Querschnittsflächen der durch die wellenförmige Absorberwand 132 gebildeten Toruskanäle einen antiphasen Verlauf. Dies bewirkt auch eine antiphase Einstellung der Schallwellen in den beiden Kanalhälften und damit maximale Druckdifferenz und maximale Dämpfung durch die Mikroperforationen 134.
Die Fig. 14 bis 19 zeigen in Draufsicht die Absorberwände 142, 152, 162, 172, 182 und 192. In Fig. 14 sind in der Grundausführung die einzelnen Mikroperforationen 144 gleichmäßig verteilt, auch wenn deren lokale Dichte über die Absorberwand 142 verschieden sein kann. In Fig. 15 sind die Mikroperforationen 154 in einzelnen Clustern 155 konzentriert. Eine solche Anordnung kann bei Verschmutzung leichter gereinigt werden und bei Verwendung als Notreifen ist der Verschluß der Perforationen einfacher. Ist der gegenseitige Abstand der Cluster 155 kleiner als eine halbe Schallwellenlänge, so entspricht dies akustisch trotzdem einer homogenen Gleichverteilung. Bei größeren Abständen bilden die Cluster 155 Punktimpedanzen und damit akustische Diskontinuitäten. Analog den geometrischen Diskontinuitäten in den Fig. 10 bis 13 kann damit u. a. auch die Modenentartung im Reifentorus aufgehoben werden. Die Perforation der Absorberwand liefert ein sehr einfaches, wirkungsvolles und breitbandig wirkendes Mittel zur Schalldämpfung. Für Sonderfälle, in denen eine undurchlässige, geschlossene Absorberwand gefordert ist, können die Perforationen substituiert werden. Dazu ist in Fig. 16 die Absorberwand 162 durch Versteifungen 167 in einzelne Felder 166 unterteilt. Durch Größe, Spannung und Flächengewicht kann ein solches Feldes 166 auf eine bestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt werden und wirkt so spektral ebenfalls als akustische Impedanz. In Fig. 17 ist die Absorberwand 172 mit Verästelungen 173 mit abnehmender Steifigkeit und Massenbelegung versehen. Bei Schalleinwirkung erfahren die Absorberelemente 174 lokal unterschiedliche zwangserregte Auslenkungen. Diese pflanzen sich als Membranwellen in der Absorberwand 172 fort und entziehen damit Schallenergie aus dem Torusraum. In Fig. 18 sind in die Absorberwand nach der Vorschrift der DE 198 02 359 Elemente 186 mit negativer Federkonstante integriert. Dadurch wird die lokale Steifigkeit reduziert und an dieser Stelle eine Mode mit einstellbarer, herabgesetzter Eigenfrequenz lokalisiert. In Fig. 19 schließlich dienen Massepunkte 197 in der Absorberwand 192 zur Fixierung von Eigenmoden. Diese Eigenmoden sind - wie auch in den Fig. 16, 17 und 18 - nur bei ihrer Resonanzfrequenz wirksam. Um eine breitbandige Wirkung zu erzielen, ist es möglich, die Modenfrequenzen über den interessierenden Frequenzbereich verteilt, verschieden abzustimmen.
Die Fig. 20 zeigt im Schnitt eine Absorberwand 202 an die ein mechanischer Biegeresonator 205 angekoppelt ist. Dies schafft wieder eine Impedanzdiskontinuität zur Fixierung und Frequenzeinstellung einer Mode wie bei den anderen Flächenresonatoren nach den Fig. 16 bis 19.
Die Fig. 21 und 22 behandeln Absorberwände 212, 222 deren akustische Impedanz sich selbsttätig dem Betriebszustand anpaßt. Zwar sind die Torusresonanzen im wesentlichen konstant, die anregenden Profilfrequenzen jedoch wachsen mit der Fahrgeschwindigkeit. Wie in Fig. 21 im Querschnitt gezeigt, verengen sich unter dem Einfluß von Fahrgeschwindigkeit und Fliehkraft die Perforationen, bzw. die Öffnungen der Luftschallresonatoren 216, wenn die Schlitzrichtung parallel zur fliehkraftbedingten Zugkraft ist. Im umgekehrten Fall in Fig. 22 kommt es zu einer Erweiterung der Öffnungsfläche 226.
In den Fig. 23 bis 27 sind im Schnitt durch die Absorberwände 232, 242, 252, 262 und 272 verschiedene Perforationsformen dargestellt. Die Mikroperforation 234 in Fig. 23 ist kreisförmig und hat eine Randversteifung 235, mit er auch die Perforationsröhre verlängert werden kann. Die gewinkelte Perforationsröhre 244 in Fig. 24 dient als Schutz gegen Verschmutzung, ebenso wie die schräg verlaufende Perforation 254 in Fig. 25 sorgt die Fliehkraft für eine Selbstreinigung. In Fig. 26 ist die Perforation 264 zur Erhöhung der Flußresistanz mit einem Fasermaterial 263 versehen. In Fig. 27 wird die Perforation 274 oder wie in Fig. 15 ein Perforations-Cluster 155 bei einer Änderung des Reifendrucks durch eine Abdeckung 273 geschlossen. Dies ist bei einer Reifenpanne nützlich, wenn die Absorberwand 272, wie in den Fig. 6 und 9 als Notlaufreifen fungiert.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 28 und 29 geht es um eine Doppelnutzung von Torusdämpfung und einem Notlauf bei Reifenpanne. In Fig. 28 besteht die Absorberwand 282 aus einem stabilem, an der Felge 280 befestigtem, umlaufendem L-Profil und ist wieder mit Perforationen 284 versehen. In Fig. 29 bildet die Absorberwand 292 ein an der Felge 290 befestigtem umlaufendem U-Profil. Diese hat eine auf Notlauf ausgelegte Steifigkeit und ist mit Mikroperforationen 294 bzw. 297 für eine hochfrequente Dämpfung versehen. Das Innere des U-Profils bildet einen oder mehrere Helmholtz-Resonatoren mit den Wirköffnungen 296 und ist vorzugsweise auf tieffrequente Torusresonanz abgestimmt.

Claims

1. Vorrichtung zur Dämpfung und Frequenzverschiebung des Geräusches im Torusraum eines pneumatischen Reifens und der Reduzierung des nach außen abgestrahlten Lärms, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere zugfeste Absorberwände die mit Absorberelementen belegt sind, an der toruszugewandten Seite des Reifens oder/und der Felge befestigt sind und den Torusraum in mehrere ganz oder teilweise abgeschlossene Teilräume unterteilen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberwände und - elemente aus luftdurchlässigem flexiblen Gewebe bestehen und bei der Fliehkraftwirkung in Fahrt eine rotationssymmetrische oder segmentierte Zylinderbögen- oder Scheibenform annehmen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberwände mit Mikroperforationen versehen sind, deren gegenseitiger Abstand kleiner als die halbe Wellenlänge der zu dämpfenden Schallwelle ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroperforationen zu Clustern zusammengefaßt sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer luftundurchlässige Absorberwand durch Versteifungen Resonanzfelder gebildet werden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine flexible Absorberwand mittels negativer Federkonstante nach der Vorschrift DE 198 02 359 Felder hoher lokaler Schalladmittanz gebildet sind und die Absorberwand auf hohe Dämpfung und geringe Wellengeschwindigkeit ausgelegt ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberwände eine die geometrische Rotationssymmetrie und die akustische Modenentartung brechende periodische oder aperiodische Segmentierung erfahren.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufhebung der Modenentartung akustischen Diskontinuitäten mit Abständen der Absorberelemente auf den Absorberwänden größer als die halbe Wellenlänge der zu beeinflussenden Schallwelle realisiert werden.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Torusraum akustische Resonatoren, Helmholtz- und λ/4-Resonatoren untergebracht sind und daß deren Wandungen aus mit Absorberelementen versehenen Absorberwänden gebildet sind.

10. Vorrichtung nach ein oder mehreren Ansprüchen aus 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberwände starr sind und bei Reifenpanne einen Notlauf gewährleisten.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlust bei einem Reifendefekt die Perforationen einer Absorberwand schließt und so einen pneumatischen Notreifen bildet.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Perforationen durch eine asymmetrische Querschnittsform durch die Fliehkrafteinwirkung dem geschwindigkeitsabhängigen Profilgeräusch anpaßt.