DE10301574A1

DE10301574A1 - Anordnung und Verfahren zur Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen

Info

Publication number: DE10301574A1
Application number: DE10301574A
Authority: DE
Inventors: Alexander Sjocum; Furqan Shajkh; Bruce Tobis; Gary Vrsek; Ken Fedeson; Kevin Tallio
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: DE10301574B4; US6550440B1; GB2384284B; GB2384284A; GB0300325D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Geräuschunterdrückung für ein Bauteil, daß erzwungener Vibration unterliegt. Die Anordnung umfaßt einen Bauteilkörper, der eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche mit einem Plattenbereich besitzt. In einigem Abstand zum Plattenbereich befindet sich eine Abschlußposition. Ein erster Vorsprung des Plattenbereichs ragt in Richtung der Abschlußplatte und wird mit einem zweiten Vorsprung der Abschlußplatte verbunden. Ein Verbindungssystem dient zur Verbindung der Abschlußplatte mit dem Bauteilkörper, wobei der erste, zweite und ggf. ein dritter Vorsprung derart in Reibungskontakt miteinander gebracht werden, daß die Vibrationsenergie des Komponentenkörpers durch Reibung zwischen den Vorsprüngen in Wärme umgewandelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Unterdrückung von Geräuschen von Bauteilen, die erzwungener Vibration unterliegen.
In den letzten drei Jahrzehnten gab es verstärkte Anstrengungen, den Brennstoffverbrauch von Automobilen zu reduzieren. Ein technischer Trend, den Brennstoff ökonomischer zu verwenden besteht darin, anstelle der früher üblichen V8-Vergasermotoren, V6-Einspritzmotoren oder 4-Zylinder- Reihenmotoren einzusetzen. Ein weiter technischer Trend besteht darin, das Fahrzeug leichter zu machen. Ein gutes Beispiel für eine Komponente, die leichter gemacht worden ist, ist der Motor. Motorblöcke werden heute eher aus Gußaluminium als wie früher aus Gußeisen hergestellt. Außerdem werden viele Bauteile, wie Ansaugstutzen, Ventildeckel und Ölwanne, heute aus polymerem Material geformt, z. B. Kunststoff, der hohen Temperaturen widerstehen und im Spritzguß- oder Blasverfahren verarbeitet werden kann.
Kunststoffansaugstutzen haben gegenüber Aluminium- oder Eisenansaugstutzen verschiedene Vorteile. Kunststoffansaugstutzen verlangen nicht so viel Entgraten oder Fertigbearbeitung und sie verbessern die Energieausnutzung des Fahrzeugs, da sie leichter sind als ihre metallischen Vorgänger. Kunststoffansaugstutzen können darüber hinaus für Serienfahrzeuge mit glatter innerer Oberfläche geformt werden, was eine bessere Kontrolle des angesaugten Luftstroms und einen besseren volumetrischen Liefergrad des Motors ermöglicht.
Allerdings haben Kunststoffansaugstutzen bestimmte Nachteile. Ein Nachteil ist, daß sie anfälliger für erzwungene Schwingungen sind als Aluminium- oder Gußeisenansaugstutzen. Daher führt der Gebrauch von Kunststoffen zu einer unerwünschten Geräuschcharakteristik, die besonders bei hochwertigen Fahrzeugen stört, bei denen man eine Geräuschreduzierung erwartet. Andere Motorkomponenten aus Kunststoff mit vergleichsweise großen, flachen Oberflächen haben den gleichen potentiellen Nachteil. Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Anordnung und ein Montageverfahren für ein Bauteil, insbesondere eine Motorkomponente, das erzwungener Vibration als einer Lärmursache unterliegt, vorzuschlagen, das aus Kunststoff hergestellt werden kann und dennoch die gewünschten akustischen Dämpfungseigenschaften früherer mechanischer Bauteile aus Metall aufweist.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel zeigt diese Erfindung ein Automotorteil, wie z. B. einen Ansaugstutzen, das aus einem Kunststoff wie faserverstärktem Kunstharz hergestellt ist. Das Bauteil besitzt auf der äußeren Oberfläche einen Plattenbereich. Vom Plattenbereich ragen parallele, lineare, jeweils . doppelt angeordnete erste und dritte Vorsprünge hervor. Parallel zu diesem Plattenbereich befindet sich eine Schallabschlußplatte. Die Schallabschlußplatte besitzt eine Reihe von linearen zweiten Vorsprüngen, die in den Zwischenräumen zwischen den ersten und dritten Vorsprüngen des Plattenbereiches am Ansaugstutzen aufgenommen werden. Beide Platten besitzen ineinander hakbare Hakenelemente, so daß die Schallabschlußplatte über eine Einschnappverbindung mit dem Ansaugstutzen arm Plattenbereich verfügt.
Die ersten und dritten Vorsprünge werden bevorzugt an der Stelle des Ansaugstutzens angebracht, die die stärkste Vibration aufweist, und führen dabei zu einer Versteifung des Ansaugstutzens, während der Gewichtsvorteil des Kunststoffs gegenüber Ansaugstutzen aus Metall erhalten bleibt. Die Versteifung durch die Vorsprünge hilft, Vibrationsmoden niedriger Frequenz zu reduzieren oder zu beseitigen. Außerdem bildet die Abschlußplatte einen umschlossenen Raum, in dem sich die durch die Vibration des Ansaugstutzens in Bewegung versetzte Luft befindet. Die Abschlußplatte ist, daher eine Barriere gegen die Geräuschübertragung.
Die flexible. Einrastverbindung der Abschlußplatte und die Reibung der Vorsprünge am Plattenbereich des Ansaugstutzens und an der Abschlußplatte führen zu einer Reibungsdämpfung, die die Schwingungsenergie (Lärm), die vom Ansaugstutzen verursacht wird, dämpft. Daher werden weniger Schwingungen an die Luft abgegeben, die den Ansaugstutzen umgibt.
Dämpfung, eines Bauteils läßt sich auf vier Arten erreichen: interner Energieverlust in einem Material, zusätzliche Schichten aus einem viskoelastischen Material, zusätzliche Mechanismen wie abgestimmte Schwingungstilger oder Massendämpfer oder Mikroreibung an Verbindungen. Letzteres ist die Methode, die in den meisten Maschinen angewandt wird. Sie ist allerdings am schwersten zu charakterisieren und zu kontrollieren.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sie eine Anordnung zur Geräuschunterdrückung für ein Bauteil liefert, das erzwungener Vibration unterliegt.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Dämpfung mit Hilfe von Verbindungen zwischen einem Plattenbereich an einem Bauteil und einer Abschlußplatte zu schaffen, die durch Einrasthaken vorgespannt ist, wobei die Einrasthaken eine konstante Vorspannung garantieren, wie sie für konsistente, von Alter und Temperatur unabhängige Dämpfungseigenschaften benötigt werden.
Die vorstehend genannten Probleme, Vorteile und Merkmale werden mit Bezug auf die Zeichnung im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Ölwanne von unten, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt 2-2 gemäß Fig. 1 und eine Abschlußplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Ölwanne aus Fig. 1 und 2;
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 für ein anderes Ausführungsbeispiel einer Ölwanne;
Fig. 5 einen Schnitt 5-5 gemäß Fig. 4;
Fig. 6 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 für ein anderes Ausführungsbeispiel einer Ölwanne;
Fig. 7 einen Schnitt 7-7 gemäß Fig. 6, in Kombination mit einer Abschlußplatte;
Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Ventildeckel entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 einen Schnitt 9-9 gemäß Fig. 8;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Ansaugstutzens entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Draufsicht auf den Ansaugstutzen aus Fig. 10;
Fig. 12 einen Schnitt 12-12 gemäß Fig. 11.
Fig. 1-3 zeigen eine Anordnung zur Unterdrückung akustischer Schwingungen einer Ölwanne 7 in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Ölwanne 7 besitzt einen Bauteilkörper 8. Der Ölwannenkörper besitzt eine innere Oberfläche 9 und eine äußere Oberfläche 11. Üblicherweise bildet die innere Oberfläche 9 einen Teil eines abgeschlossenen Volumens für das Schmieröl, das beim Betrieb des (nicht gezeigten) Motors verwendet wird. Der Ölwannenkörper kann aus Metall oder Kunststoff wie spritzgegossenem oder geblasenem Kunststoff bestehen. Der Kunststoff kann optional mit Fasermaterial verstärkt werden. Der Ölwannenkörper wird von einem Flansch 12 eingefaßt. Der Flansch 12 besitzt eine Vielzahl von Aussparungen 14, die es ermöglichen, die Ölwanne unter dem Motor (nicht gezeigt) zu befestigen. Der Flansch 12 besitzt eine flache Region 15 zum Anbringen einer Dichtung (nicht gezeigt). Der Ölwannenkörper 8 besitzt eine Vertiefung, um ein Flüssigkeitsreservoir 18 zu bilden. Die äußere Oberfläche 11 des Ölwannenkörpers 8 besitzt außerdem einen Plattenbereich 20. Der Plattenbereich 20 ist typischerweise flach oder leicht gekrümmt.
Parallel zum Ölwannenkörper 8 befindet sich eine Abschlußplatte 24. Die Abschlußplatte 24 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, besteht aber üblicherweise aus dem selben Material wie der Ölwannenkörper 8.
Mit der Platte 20 verbunden ist ein erster Vorsprung 25. Der erste Vorsprung ist bevorzugt aus einem Stück mit dem Plattenbereich 20 gefertigt. Der erste Vorsprung 25 ist linienförmig und ragt in Richtung der Abschlußplatte 24. Mit der Abschlußplatte 24 verbunden ist ein zweiter Vorsprung 30. Der zweite Vorsprung 30 ist integral mit der Abschlußplatte geformt und ragt in Richtung des Plattenbereichs 20 am Ölwannenkörper 8. Der zweite Vorsprung 30 besitzt eine erste geneigte Oberfläche 32 und eine gegenüberliegende zweite geneigte Oberfläche 34.
Parallel zum ersten Vorsprung 25 befindet sich ein dritter Vorsprung 38. Außerdem besitzt der Ölwannenkörper 8 mit ihm einstückig geformte geradlinige Haken 39. Die Haken umgeben den Plattenbereich 20. Der dritte Vorsprung 38 berührt die geneigte Oberfläche 34. Der erste Vorsprung 25 berührt die geneigte Oberfläche 32. Die Abschlußplatte 24 besitzt am Rand geradlinige Haken 45. Die Haken 39, 45 greifen ineinander, so daß die Abschlußplatte 24 über eine flexible Einrastverbindung mit dem Ölwannenkörper 8 verfügt.
Die ersten Vorsprünge 25 werden idealerweise in dem Bereich des Ölwannenkörpers 8 angebracht, der die größte Vibrationsamplitude aufweist und versteifen dort den Ölwannenkörper 8.
Die dritten Vorsprünge 38 können auch an der Abschlußplatte 24 angebracht werden. Bei den meisten Anwendungen ist es allerdings vorteilhafter; die dritten Vorsprünge an dem Bauteil anzubringen, das der Vibration ausgesetzt ist. Die Kombination der ersten und dritten Vorsprünge 25, 38 am Ölwannenkörper 8 versteift den Ölwannenkörper 8 und bewahrt den Gewichtsvorteil von Kunststoffen; während gleichzeitig die Vibrationsmoden niedriger Frequenz reduziert oder beseitigt werden.
Wenn sie mit dem Ölwannenkörper 8 verbunden wird, definiert die Abschlußplatte 24 einen abgeschlossenen Raum zwischen der Abschlußplatte 24 und dem Ölwannenkörper 8. Dieser abgeschlossene Raum enthält die Luft, die durch die Vibration des Ölwannenkörpers 8 in Bewegung versetzt wird. Daher stellt die Abschlußplatte 24 eine Barriere für die Geräuschübertragung dar.
Außerdem führt die flexible Verbindung zwischen der Abschlußplatte 24 und dem Ölwannenkörper 8 durch Einrasthaken zu einem Ineinandergreifen der Vorsprünge 25, 30, 38, wodurch die Vorsprünge elastisch verformt werden. Bei Vibration des Ölwannenkörpers 8 wird ein Teil der Energie, die durch die Vibration des Ölwannenkörpers 8 erzeugt wird; durch Reibung der Vorsprünge 25, 30, 35 in Wärme umgewandelt und nicht an die umgebende Luft abgegeben. Dadurch wird die Geräuschentwicklung durch den Ölwannenkörper 8 akustisch unterdrückt. Die Haken 39, 45 wandeln ebenfalls Vibrationsenergie um.
Die Fig. 4-5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Ölwannenanordnung 107 enthält einen Ölwannenkörper 108. Der Ölwannenkörper 108 besitzt eine Reihe geometrisch angeordneter zylindrischer Vorsprünge 125. Die zylindrischen Vorsprünge 125 besitzen zylindrische, koaxiale Löcher 127, die durch quer verlaufende Schlitze 129 geschnitten werden. Die Abschlußplatte 124 besitzt eine Reihe hervorragender konischer Vorsprünge 130. Die konischen Vorsprünge 130 stecken in den zylindrischen Löchern 127 der ersten Vorsprünge 125. Die Haken 139 und 145 verbinden die Abschlußplatte 124 mit dem Ölwannenkörper 108.
Fig. 6-7 zeigen eine Ölwannenanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung, mit einem Ölwannenkörper. 208 und einer Abschlußplatte 224. Vom Ölwannenkörper ragt ein runder Turm oder Hohlzylinder hervor, der die Funktion der ersten Vorsprünge wahrnimmt. In Fig. 6 ist ein erster Vorsprung gezeigt. Wenn gewünscht, kann aber auch eine Vielzahl konzentrischer oder nicht konzentrischer Vorsprünge verwendet werden. Der erste Vorsprung besitzt einen Kopf 227, der über einen konischen Querschnitt mit großem Winkel verfügt. Der Kopf des ersten Vorsprunges reibt an inneren (234.) und äußeren (232) konischen Rezeptoren eines zweiten Vorsprungs 230, der an der Abschlußplatte 224 angebracht ist. Die Abschlußplatte ist eine runde Scheibe. Die Funktion der ersten (225) und zweiten (230) Vorsprünge ist wie oben beschrieben. Die Haken 145, 239 verbinden die Abschlußplatte 224 mit dem Ölwannenkörper 208.
Fig. 8-9 zeigen einen Ventildeckel 307. Der Ventildeckelkörper 308 kann aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten Material bestehen. Däs Material das Ventildeckels kann im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Der Ventildeckel 307 hat einen äußeren Rand 312. Der äußere Rand 312 besitzt eine Vertiefung 315, um eine Dichtung (nicht - gezeigt) aufzunehmen. Der Ventildeckelkörper 308 besitzt eine Reihe von Aussparungen 316, die es ermöglichen, den Ventildeckelkörper 308 fest auf einem Motorblock zu befestigen. Der Ventildeckelkörper 308 besitzt einen Plattenbereich 320. Vom Plattenbereich 320 entfernt befindet sich eine Abschlußplatte 324. Erste und dritte Vorsprünge 325, 338 wie die vorher beschriebenen sind mit dem Ventildeckelkörper 308 verbunden. Ein zweiter Vorsprung 330 ist mit der Abschlußplatte 324 verbunden. Der zweite Vorsprung erstreckt sich in Richtung des Ventildeckelkörpers 308. Der Ventildeckelkörper 308 und die Abschlußplatte 324 verfügen über ineinander greifende Einrasthaken, die die beiden Platten so verbinden, daß die sich ersten und dritten Vorsprünge 325, 338 und der zweite Vorsprung 330 ineinander schieben. Die akustische Unterdrückung funktioniert so wie oben beschrieben.
Fig. 10-12 zeigen die Anordnung eines Ansaugstutzens 407. Der Ansaugstutzen besitzt einen Körper 408, der aus einem Polymermaterial wie blasgeformtem, faserverstärktem, hochtemperaturbeständigem Kunststoff besteht. Der Ansaugstutzenkörper 408 besitzt einen Einlaß 409, der in eine Ansaugluftsammelkammer 411 mündet. Der Kammer 411 teilt sich in einen rechten und einen linken Arm 413, 415. Die Arme verfügen über eine Reihe von Verteilerkanälen, die die Verbindung zu den Verbrennungszylindern des Motors herstellen. Der Ansaugstutzenkörper 408 besitzt entlang des Einlasses 409 einen Plattenbereich 420. Der Plattenbereich verfügt über mit ihm verbundene erste und dritte Vorsprünge 425 und 438, im Wesentlichen ausgebildet wie oben beschrieben. Parallel zum Plattenbereich 420 befindet sich eine Abschlußplatte 424. Die Abschlußplatte besitzt eine zweiten Vorsprung 430. Einrasthaken 439 und 455 verbinden die Abschlußplatte 424 mit dem Ansaugstutzenkörper 408. Die Abschlußplatte funktioniert im Wesentlichen wie oben für die Abschlußplatte der Ölwanne 24 beschrieben.

Claims

1. Anordnung zur Geräuschunterdrückung für ein Bauteil, das erzwungener Vibration unterliegt, umfassend

- einen Bauteilkörper mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die äußere Oberfläche einen Plattenbereich besitzt;

- eine Abschlußplatte, die sich in einiger Entfernung vom Plattenbereich befindet;

- einen ersten Vorsprung, der mit dem Plattenbereich am Bauteilkörper verbunden ist und sich in Richtung der Abschlußplatte erstreckt;

- einen zweiten Vorsprung, der mit der Abschlußplatte verbunden ist und sich in Richtung des Bauteilkörpers erstreckt; und

- ein Verbindungssystem zum Verbinden der Abschlußplatte mit dem Bauteilkörper, wobei zur Umwandlung von Schwingungsenergie des Bauteilkörpers durch Reibung zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung in Wärme der erste und zweite Vorsprung miteinander einen Preßsitz bilden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindung zwischen der Abschlußplatte und dem Bauteilkörper am Umfang der Abschlußplatte.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem einen abgeschlossenen Raum zwischen dem Bauteilkörper und der Abschlußplatte dichtend umschließt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Schnappverschluß umfaßt.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem über ineinander greifende Haken verfügt.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem gestaltet ist zur Umwandlung der Vibrationsenergie des Bauteilkörpers in Wärme durch reibenden Kontakt.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dritten Vorsprung an dem Bauteilkörper oder der Abschlußplatte und der dritte Vorsprung in Reibkontakt ist mit dem ersten oder zweiten Vorsprung.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen konischen Kopf eines der Vorsprünge, der in einem Loch oder einer konischen Vertiefung eines anderen Vorsprung steckt.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch linienförmige Vorsprünge.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilkörper und/oder die Abschlußplatte aus Kunststoff und/oder Metall besteht.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilkörper aus Metall mit einer Abschlußplatte aus Kunststoff oder umgekehrt bestehen und miteinander verbunden sind.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilkörper Teil eines Verbrennungsmotors und/oder ein Ansaugstutzen und/oder eine Ölwanne und/oder ein Ventildeckel ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Bauteilkörpers ein Teil eines Fluidkontrollvolumens des Motors ist.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilkörper und die Abschlußplatte aus Kunststoff bestehen und das Verbindungssystem, welches Vibrationsenergie durch Reibung in Wärme umwandelt, ineinander greifende Einrasthaken, die einen Raum zwischen dem Bauteilkörper und der Abschlußplatte umschließen, sowie erste und zweite Vorsprünge umfaßt.

15. Verfahren zur Geräuschunterdrückung für ein Bauteil, das erzwungener Vibration unterliegt, umfassend:

- Anbringen eines Plattenbereiches an der Außenseite eines Bauteilkörpers;

- Positionieren einer Abschlußplatte in einiger Entfernung vom Plattenbereich;

- Verbinden des Plattenbereiches am Bauteilkörper durch einen ersten Vorsprung daran, der in Richtung der Abschlußplatte ragt;

- Verbinden der Abschlußplatte durch einen zweiten Vorsprung daran, der in Richtung des Bauteilkörpers ragt, durch Preßpassen der ersten und zweiten Vorsprünge miteinander, so daß die Schwingungsenergie des Bauteilkörpers durch Reibung zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung in Wärme umgewandelt wird.

16. . Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch reibendes Verbinden eines dritten Vorsprungs, der mit dem Bauteilkörper oder mit der Abschlußplatte verbunden ist mit einem Vorsprung am jeweils anderen Teil.