DE19846118A1 - Material made of a metallic base material and a metallic second phase used for a component of e.g. an aircraft and helicopter - Google Patents
Material made of a metallic base material and a metallic second phase used for a component of e.g. an aircraft and helicopterInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Werkstoffes mit ho her Materialdämpfung für ein Bauteil einer schallemittierenden Maschine, welches Bauteil außerhalb eines schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftflusses der Maschine angeordnet ist.The invention relates to the use of a material with ho forth material damping for a component of a sound-emitting Machine, which component outside of a sound generating or -conducting power flow of the machine is arranged.
Die hohe Beschleunigung mechanisch bewegter Teile verursacht in einem breiten Frequenzspektrum unerwünschte Schwingungen. Ins besondere ist dies bei Maschinen mit rotierenden Teilen und hierbei ganz besonders bei Brennkraftmaschinen festzustellen. Um derartige Geräusche zumindest zu verringern, werden unter schiedliche Lösungsansätze vorgeschlagen. So werden bspw. im Fahrzeugbau vielfach passive Maßnahmen wie Dämmatten, Schwin gungstilger usw. verwendet. Weiterhin werden auch aktive Maß nahmen wie bspw. eine Beeinflussung des Luftschalls in einem Fahrgastraum (activ-noise-control) mittels akustischer Interfe renzen zur Verringerung eines wahrgenommenen Störgeräusches eingesetzt.The high acceleration of mechanically moving parts causes in a wide frequency spectrum undesirable vibrations. Ins this is special for machines with rotating parts and particularly in the case of internal combustion engines. In order to at least reduce such noises, under different approaches proposed. For example, in Vehicle construction often passive measures such as insulation, Schwin gungstilger etc. used. It also continues to be active measure such as influencing airborne sound in one Passenger compartment (activ-noise-control) by means of acoustic interference limits to reduce perceived noise used.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE-P 198 26 175 ist eine Maß nahme bekannt, bei der in eine Übertragungsstrecke des Schalls - also dem Kraftfluß zwischen einem erregenden Bauteil und ei nem aufgrund dieser Erregung den Schall weiterleitenden bzw. am Ende insbesondere als Störgeräusch abstrahlenden Bauteil - eine Einrichtung eingebracht wird, mittels der die Stärke bzw. die Intensität des Kraftflusses zwischen einem Bauteil, von dem der Kraftfluß kommt und einem Bauteil an das der Kraftfluß weiter geleitet wird, zumindest verringert wird. From the unpublished DE-P 198 26 175 is a measure known to take in a transmission path of sound - So the flow of force between an exciting component and egg nem due to this excitation the sound or End in particular as a noise-emitting component - one Device is introduced by means of which the strength or Intensity of the force flow between a component, of which the Power flow comes and a component to which the power flow continues is directed, at least reduced.
Alle die genannten Maßnahmen weisen u. a. einen hohen technolo gischen, materialseitigen und zum Teil auch finanziellen Auf wand auf. Desweiteren wird durch diese Maßnahmen das Gesamtge wicht der Maschine erhöht, was insbesondere im Automobilbau un erwünscht ist.All of the measures mentioned may include a. high technology material, and in some cases also financial requirements wall up. Furthermore, the total ge The importance of the machine increases, which is particularly true in automotive engineering is desired.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine preiswerte und einfache Möglichkeit zur Beeinflussung der von einer Maschine abge strahlten Geräusche anzugeben.The object of the invention is an inexpensive and simple Possibility to influence the distance from a machine beamed to indicate noises.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Werkstoffes gemäß dem Anspruch 1 und/oder die Verwendung eines Werkstoffes gemäß dem Anspruch 14 als Werkstoff für Bauteile, die sich außerhalb des schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraft fluß einer Maschine befinden, aber als Quasi-Membran für den Schall wirken und die zumindest bereichsweise aus diesem Werk stoff gefertigt sind, gelöst.The object is achieved by using a Material according to claim 1 and / or the use of a Material according to claim 14 as a material for components, the outside of the sound generating or conducting force flow of a machine, but as a quasi-membrane for the Sound and at least partially from this work fabric are solved.
Der aus der nicht vorveröffentlichten DE-P 197 41 019 bekannte metallische Werkstoff weist trotz seiner für Metalle typisch hohen Zugfestigkeit und ebenso hohen Bruchdehnung eine für Me talle ungewöhnlich hohe Materialdämpfung auf. Durch die Materi aleigenschaften des aus der DE-P 197 41 019 bekannten Werkstof fes wird die Intensität des endseitig abgestrahlten Schalls und damit des Störgeräusches zumindest verringert. Diese Verringe rung ist auf die Eigendämpfung des verwendeten Werkstoffs zu rückzuführen.The known from the unpublished DE-P 197 41 019 metallic material, despite its typical for metals high tensile strength and just as high elongation at break a for Me unusually high material damping. Through matter all properties of the material known from DE-P 197 41 019 fes becomes the intensity of the sound emitted at the end and so that the noise is at least reduced. These rings tion is based on the inherent damping of the material used return.
Der für die außerhalb des schallerregenden bzw. -leitenden Kraftflusses angeordneten Bauteile ausgewählte Werkstoff weist schon bei geringen Schwingungsamplituten hochdämpfende Eigen schaften auf. Da ferner die zumindest teilweise martensitisch vorliegende Zweitphase die mechanischen Kennwerte des Basisma terials allenfalls vernachlässigbar beeinflußt, kann der Werk stoff auch gleichzeitig als Strukturwerkstoff verwendet werden. Durch diese beiden Eigenschaften des Werkstoffes können also mechanisch stabile Bauteile mit hochdämpfenden Eigenschaften konzipiert werden, wodurch auf einfache Weise ein einfacher, billiger und hochwirksamer Beitrag zur Verringerung einer von einer Maschine ausgehenden Geräuschkulisse realisiert ist.The one for the outside of the sound-exciting or conductive Force flow arranged components selected material shows high damping properties even with low vibration amplitudes create up. Furthermore, the at least partially martensitic present second phase the mechanical parameters of the basic system The work can be influenced negligibly at most material can also be used simultaneously as a structural material. Through these two properties of the material you can mechanically stable components with high damping properties be conceived, which in a simple way a simple, cheaper and highly effective contribution to reducing one of a background noise emanating from a machine is realized.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Zweitphase um eine Legie rung. Als günstig hat sich eine Ni-Ti Legierung erwiesen, deren Legierungsbestandteile zwischen 48 und 52 Atom-% gemischt sind. Besonders günstig ist eine derartige Legierung mit 49.9 Atom-% Ni und 50.1 Atom-% Ti. Die in diesem Absatz genannten Bestand teile stellen bevorzugte Werte dar. Sie sind nicht als Be schränkung der Erfindung anzusehen.The second phase is preferably an alloy tion. A Ni-Ti alloy, whose Alloy components are mixed between 48 and 52 atomic%. Such an alloy with 49.9 atom% is particularly favorable Ni and 50.1 atomic% Ti. The inventory mentioned in this paragraph Parts represent preferred values. They are not considered Be view limitation of the invention.
Die Materialdämpfung wird erhöht, wenn die Zweitphase bis zu 25 Atom-% Zusätze aufweist. Die Zusätze bewirken eine Stabilisie rung der martensitischen Phase und dienen ferner der Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen der jeweiligen Bauteile.The material damping is increased if the second phase up to 25 atom% Has additives. The additives cause stabilization martensitic phase and also serve to adapt the respective operating conditions of the respective components.
Besonders hervorzuhebende Zusätze sind im einzelnen Zirkon und/oder Hafnium und/oder Kupfer und/oder Niob und/oder Mangan und/oder Palladium und/oder Platin und/oder Eisen. Die Stabili sierung der martensitischen Phase kann durch eine Vorbehandlung der Zweitphase erfolgen, indem z. B. eine Deformation der Zweit phase oder eine Homogenisierung der Legierungsbestandteile durchgeführt wird.Additions that are particularly noteworthy are zircon and / or hafnium and / or copper and / or niobium and / or manganese and / or palladium and / or platinum and / or iron. The Stabili The martensitic phase can be pre-treated the second phase by z. B. a deformation of the second phase or a homogenization of the alloy components is carried out.
Die Zweitphase kann als Partikel und/oder als Drähte und/oder als Fasern, insbesondere als Kurzfasern und/oder als Lage im Basismaterial vorliegen. Durch diese Ausgestaltung kann der Werkstoff in idealer Weise an die an das jeweilige Bauteil von vorgegebenen Anforderungen angepaßt werden.The second phase can take the form of particles and / or wires and / or as fibers, in particular as short fibers and / or as a layer in the Base material is available. With this configuration, the Material in an ideal way to match the respective component from given requirements are adjusted.
Eine besondere Art einer derartigen Anpassung erfolgt dadurch, daß der Anteil der Zweitphase an dem Gesamtwerkstoff - je nach gewünschten Eigenschaften des Werkstoffes bzw. des daraus ge fertigten Bauteils - bevorzugt zwischen 5 und 60 Vol.-% vari iert wird.A special type of such an adaptation is achieved by that the share of the second phase in the total material - depending on desired properties of the material or the resulting ge finished component - preferably between 5 and 60 vol .-% vari is.
Des weiteren ist es zweckmäßig die Materialien der Zweitphase und des Basismaterials derart aufeinander abzustimmen, daß die beiden Materialien an ihren Grenzflächen zumindest bereichswei se eine Verbindung ausbilden.Furthermore, it is expedient to use the materials of the second phase and to match the base material so that the two materials at their interfaces, at least in some areas form a connection.
Durch die metallische Zweitphase mit zumindest teilweise mar tensitischem Gefüge innerhalb des Basismaterials gelingt es, die Anforderungen von seiten der Dämpfung an den Werkstoff ge stellt wird, zumindest weitgehend, insbesondere allein durch die Zweitphase zu erfüllen. Sinnvollerweise wird als Basiswerk stoff ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall-Legierung verwendet. Als besonders günstig hat sich hierbei die Al- Legierungen mit der Bezeichnung EN AW-6061 gemäß DIN EN 573 herausgestellt. Des weiteren können auch Basismaterialien ein gesetzt werden, die verschiede Gefüge aufweisen oder die als Verbundwerkstoffe mindestens eine weitere Drittphase zur Ver stärkung besitzen. Eine auf das Basismaterial abgestimmte ther momechanische Behandlung führt zweckmäßigerweise zu einer vor teilhaften Erhöhung der Festigkeit des Basismaterials.Due to the metallic second phase with at least partially mar tensitic structure within the base material succeeds the damping requirements for the material is, at least largely, in particular by itself to complete the second phase. It makes sense as a base work fabric a light metal and / or a light metal alloy used. The Al- Alloys with the designation EN AW-6061 according to DIN EN 573 exposed. Base materials can also be used are set, which have different structures or which as Composites at least one additional third phase for ver possess strength. A ther matched to the base material momechanical treatment expediently leads to one partial increase in the strength of the base material.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffes gemäß des Anspruchs 1 sowie der dazugehörigen An sprüche kann der nicht vorveröffentlichten DE-P 197 41 019 ent nommen werden.The process for producing the used according to the invention Material according to claim 1 and the associated An sayings of the unpublished DE-P 197 41 019 ent be taken.
Weitere Werkstoffe, die erfindungsgemäß ebenso zur Herstellung für Bauteile verwendet werden können, die außerhalb eines schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftflusses angeordnet sind, sind in Anspruch 14 definiert.Other materials according to the invention also for production can be used for components outside of a sound generating or conducting force flow are arranged, are defined in claim 14.
Hierbei handelt es sich um insbesondere Legierungen, deren Le gierungselemente eine sehr geringe Löslichkeit im Grundwerk stoff aufweisen. Bei derartigen Werkstoffen weist die Legierung an den Gitter- und Zwischengitterplätzen des Grundwerkstoffes maximal 1%, bevorzugt maximal 0.5% und besonders bevorzugt maximal 0.1% ein anderes Element auf.These are in particular alloys, the Le Gierelemente a very low solubility in the base work have fabric. With such materials, the alloy at the grid and intermediate grid locations of the base material at most 1%, preferably at most 0.5% and particularly preferred a maximum of 0.1% on another element.
In bevorzugter Weise handelt es sich bei derartigen Werkstoffen um Leichtmetall-Legierungen. Als Basiswerkstoff wird das Leichtmetall wegen seiner geringen Dichte bzw. seines geringen Gewichtes ausgewählt. Zweckmäßig sind insbesondere Leichtme tall-Legierungen, die Mg als Grundwerkstoff aufweisen. Als be sonderes günstig haben sich hierbei Mg-Si-Legierungen und/oder Mg-Zr-Legierungen und/oder Mg-Ni-Legierungen und/oder Mg-Mn- Legierungen erwiesen.Such materials are preferably used light alloys. As the basic material, Light metal because of its low density or its low Weight selected. Leichtme are particularly useful tall alloys that have Mg as the base material. As be Mg-Si alloys and / or have been found to be particularly favorable Mg-Zr alloys and / or Mg-Ni alloys and / or Mg-Mn- Alloys proven.
Die erwähnten Legierungen weisen allesamt einen Mindestanteil von Mg auf, der größer als 67 Atom-% ist. Der Anteil des zwei ten Elements in der Legierung ist bei Mg-Si-Legierungen typi scherweise ein Anteil von 0,5-4 Atom-% Si, bei Mg-Zr- Legierungen typischerweise ein Anteil von 0,2 Atom-% Zr, bei Mg-Ni-Legierungen typischerweise ein Anteil von 2-11 Atom-% Ni und bei Mg-Mn-Legierungen typischerweise ein Anteil von bis zu 1 Atom-% Mn.All of the alloys mentioned have a minimum proportion of Mg, which is larger than 67 atomic%. The share of the two The element in the alloy is typical for Mg-Si alloys usually a proportion of 0.5-4 atomic% Si, with Mg-Zr- Alloys typically contain 0.2 atomic% Zr Mg-Ni alloys typically 2-11 atomic% Ni and typically a proportion of up to Mg-Mn alloys to 1 atomic% Mn.
Die Legierungselemente reagieren mit dem Magnesium und liegen als Ausscheidungen im Gefüge vor. Bei einer Mg-Si-Legierung wird bspw. Mg2Si, und bei einer Mg-Ni-Legierung bspw. Mg2Ni ausgeschieden.The alloying elements react with the magnesium and are present as excretions in the structure. With a Mg-Si alloy, for example, Mg 2 Si is precipitated, and with a Mg-Ni alloy, for example, Mg 2 Ni.
Als weitere mögliche Werkstoffe gemäß Anspruch 14 sind bspw. neben weiteren binären Mg-Legierungen wie Mg-N, Mg-Sb, Mg-Sr und Mg-Cu auch Kombinationen der Legierungselemente wie bspw. Mg-Mn-Si denkbar.As further possible materials according to claim 14 are, for example. in addition to other binary Mg alloys such as Mg-N, Mg-Sb, Mg-Sr and Mg-Cu also combinations of the alloying elements such as Mg-Mn-Si conceivable.
Desweiteren sind auch Al-Legierungen mit Legierungselementen geeignet, die sich kaum im Grundwerkstoff Al lösen.Furthermore, there are also aluminum alloys with alloying elements suitable that hardly dissolve in the base material Al.
In der nachfolgenden Tabelle sind einige Werkstoffangaben zu
den genannten Mg-Legierungen angegeben, wobei folgende Symbole
verwendet wurden:
Rρ0,2: für die Dehngrenze in MPa
Rm: für die Zugfestigkeit in MPa und
η: für den Verlustfaktor.
The table below shows some material information for the Mg alloys mentioned, using the following symbols:
Rρ 0.2 : for the proof stress in MPa
R m : for the tensile strength in MPa and
η: for the loss factor.
Trotz der gegenüber dem Werkstoff gemäß Anspruch 1 schlechteren Zugfestigkeit können die eben genannten Werkstoffe dennoch zur Herstellung Bauteilen verwendet werden, die außerhalb eines schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftflusses einer Maschine angeordnet sind. Auch bei diesen Werkstoffen beruht die Verrin gerung der Intensität des abgestrahlten Schalls auf einer Ei gendämpfung des verwendeten Werkstoffes.Despite the worse compared to the material according to claim 1 The materials just mentioned can still provide tensile strength Manufacturing components are used outside of a sound generating or conducting power flow of a machine are arranged. Verrin is also based on these materials reduction of the intensity of the emitted sound on an egg damping of the material used.
Bei den für die Erfindung bevorzugten Maschinen handelt es sich insbesondere um Flugzeuge, um Hubschrauber, um Lokomotiven und/oder um Waggons einer Eisenbahn, oder um kraftmaschinenbe triebene Kraftfahrzeuge, vorzugsweise um einen Pkw oder um ei nen Lkw.The preferred machines for the invention are especially aircraft, helicopters, locomotives and / or around railroad wagons, or around machine-based powered motor vehicles, preferably around a car or egg a truck.
Bei der Verwendung der Erfindung für vorzugsweise Kraftfahrzeu ge und hierbei insbesondere um Pkw's oder Lkw's wird der Werk stoff insbesondere zur Herstellung eines Steuergehäuses, einer Ventilhaube, einer Ölwanne, eines Saugrohrs bzw. -moduls, eines Lüfterblattes, eines Lenkrads, eines Mantelrohrs eines Lenk rads, eines Bedienelements wie einem Pedal und dgl., eines Ver kleidungselements, wie einem Karosserieblechs usw., eines Aus gleichsgetriebes, insbesondere eines Differentialgehäuses, ei nes Mantelrohrs und/oder einer sonstigen Verkleidung einer An triebswelle, und/oder einer Riemenscheibe verwendet.When using the invention for preferably motor vehicles The plant will be used, especially for cars or trucks material in particular for the production of a control housing, a Valve cover, an oil pan, a suction pipe or module, one Fan blade, a steering wheel, a tubular casing of a steering rads, an operating element such as a pedal and the like., a ver clothing element, such as a body panel, etc., an off same gear, especially a differential case, egg nes jacket pipe and / or other cladding of an An drive shaft, and / or a pulley used.
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