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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungselement umfassend zumindest einen ersten Halteabschnitt und/oder zumindest einen zweiten Halteabschnitt, wobei das Dämpfungselement mittels des ersten Halteabschnitts und/oder des zweiten Halteabschnitts mit zumindest einem Bauteil zumindest indirekt verbindbar ist, ein Bauteil, an dem das Dämpfungselement befestigbar ist sowie ein Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen einer Oberfläche eines Bauteils.
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Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden Bauteile eingesetzt, die eine dünnwandige Oberfläche aufweisen. Meist bestehen diese Oberflächen aus einem Kunststoffmaterial, wobei zur Reduzierung des Gewichts des Bauteils versucht wird, die Umwandung so dünn wie möglich zu gestalten. Derartige dünnwandige Bauteile neigen jedoch sehr oft dazu, durch äußere Anregung, insbesondere Vibrationen eines Motors, zu Eigenschwingungen angeregt zu werden. Aufgrund ihres Membrancharakters weisen derartige dünnwandige Strukturen eine sehr gute Schallabstrahlungscharakteristik auf, so dass Schwingungen der Bauteiloberfläche als störender Sekundärluftschall wahrgenommen werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Eigenmoden der Oberfläche des Bauteils im Bereich der von der Eregungsquelle, wie einem Motor bzw. einer Maschine, abgestrahlten Schallfrequenz liegt. Man ist daher bestrebt, derartige durch sekundären Luftschall entstehende Schwingsphänomene, die insbesondere auch in einem Fahrzeuginnenraum wahrnehmbar sind, zu reduzieren.
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Aus dem Stand der Technik ist es dazu bekannt, dass Verrippungen an der Wand bzw. Oberfläche des Bauteils angebracht werden. Derartige Verrippungen machen es jedoch notwendig, dass Hinterschnitte in der Bauteilstruktur ausgebildet werden. Diese jedoch verkomplizieren den Herstellungsprozess und erhöhen damit die Herstellungskosten. So ist es notwendig, dass für derartige Hinterschnitte beispielsweise Werkzeuge eingesetzt werden müssen, die einen bewegbaren Kern aufweisen.
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Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik akustische Abschirmelemente bekannt. So offenbart beispielsweise die
DE 102 01 763 A1 ein akustisches Abschirmelement. Es wird vorgeschlagen, dass das Abschirmelement als Kunststoffmetallverbundbauteil unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs ausgebildet ist. Zur Reduzierung der Abstrahlung von Schall von einer Schallquelle, wie einem Kraftfahrzeugmotor, wird vorgeschlagen, dass das Abschirmelement auf einem Bauteil, beispielsweise einem Ansaugrohr eines Ottomotors, aufgelegt wird. Nachteilig bei diesem Abschirmelement ist jedoch, dass lediglich die Ausbreitung von störenden Schallwellen reduziert wird.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 197 39 778 C2 ein gattungsgemäßes Dämpfungselement in Form eines vibrations-dämpfenden sowie schall-absorbierenden Teils für Fahrzeuge. Es wird vorgeschlagen, dass das schall-absorbierende Teil ein steifes Teil, welches außerhalb eines vibrierenden Bereichs eines Fahrzeugs angeordnet ist, aufweist. Darüber hinaus ist vorgehsehen, dass ein Schaumkörper, der zumindest teilweise auf der dem vibrierenden Bereich zugewandten Oberfläche des steifen Teils auflaminiert ist, eingesetzt wird. Auch dieses Dämpfungselement weist jedoch den Nachteil auf, dass lediglich die Schallausbreitung reduziert wird.
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Schließlich offenbart die
DE 198 26 176 A1 ein Verfahren zur Verstimmung der Eigenfrequenz eines Drehteils sowie ein stimmbares Drehteil. Zur Verstimmung der Eigenfrequenz wird vorgeschlagen, dass die Einspannverhältnisse eines Drehteils in einem Wellenlager durch eine Änderung einer axialen Erstreckung und/oder eines axialen Einspanndrucks des Drehteils mittels einer axial Verstelleinheit verändert werden. Auf diese Weise soll die Entstehung von Vibrationsschall minimiert werden. Das in der
DE 198 26 176 A1 beschriebene Verfahren ist jedoch kompliziert und damit kostenaufwendig, insbesondere nicht auf Eigenschwingungen einer Wand eines Bauteils übertragbar.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung das gattungsgemäße Dämpfungselement derartig weiterzuentwickeln, dass auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise Schwingungsphänomene, die als sekundärer Luftschall wahrgenommen werden eliminiert, zumindest reduziert werden, insbesondere eine modale Schwingungsdämpfung an dünnwandigen Strukturbauteilen zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem ersten Halteabschnitt und dem zweiten Halteabschnitt zumindest ein Druckbereich ausgebildet ist, wobei mittels des Druckbereichs auf eine Oberfläche des Bauteils eine vorspannende Druckkraft, die in eine im wesentlichen parallel zu der Normalenrichtung der Oberfläche verlaufende Richtung aufbaubar ist.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass zumindest ein erstes Absorptionselement, insbesondere im Druckbereich, zwischen dem Dämpfungselement und der Oberfläche des Bauteils anordbar ist.
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Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das erste Absorptionselement zumindest bereichsweise mit dem Dämpfungselement verbunden ist, vorzugsweise mittels Kraftschluss, Formschluss, Adhäsion, Anspritzung, Verschraubung und/oder Anklipsen und/oder das erste Absorptionselement zumindest bereichsweise ein elastisches und/oder hochdämpfendes Material, vorzugsweise ein Elastomer, umfasst.
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Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement zumindest ein federelastisches Material umfasst, insbesondere das federelastische Material von einem zumindest bereichsweise von dem Absorptionselement umgebenen Kern umfasst ist und/oder das federelastische Material zumindest einen Federstahl und/oder zumindest einen Kunststoff umfasst.
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Besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements sehen vor, dass das Dämpfungselement, insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der Oberfläche des Bauteils und/oder im Druckbereich eine kreisförmige, kreissegmentförmige, ellipsenförmige, ellipsensegmentförmige, tonnenfederförmige, schraubenfederförmige und/oder kegelfederförmige Querschnittsform aufweist.
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Weiterhin schlägt die Erfindung vor, dass eine Mehrzahl von ersten Halteabschnitten, zweiten Halteabschnitten und/oder Druckbereichen vorhanden ist.
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Auch ist bevorzugt, dass der Druckbereich, insbesondere die Druckbereiche, derart an dem Dämpfungselement positioniert ist bzw. sind, dass mittels des Druckbereichs auf die Oberfläche des Bauteils die Vorspannung in einem Bereich bzw. Bereichen aufgebaut wird, in dem bzw. in denen sich für eine vorbestimmte Schwingungsfrequenz der Oberfläche, insbesondere eine Eigenfrequenz der Oberfläche, zumindest ein Schwingungsbauch ausbildet.
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Schließlich wird für das erfindungsgemäße Dämpfungselement vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement außerhalb des Druckbereichs von der Oberfläche des Bauteils beabstandet ist.
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Weiterhin liefert die Erfindung Bauteil umfassend zumindest ein erstes Halteelement und/oder zumindest ein zweites Haltelement, wobei mittels des ersten Halteelements der erste Halteabschnitt und/oder mittels des zweiten Halteelements der zweite Halteabschnitt eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements mit dem Bauteil derartig verbindbar ist, dass mittels des Druckbereichs des Dämpfungselementes auf eine Oberfläche des Bauteils eine Vorspannung in eine Richtung im wesentlichen parallel zu einer Normalenrichtung der Oberfläche aufbaubar ist.
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Für das Bauteil wird ferner vorgeschlagen, dass der Druckbereich, insbesondere unter Zwischenschaltung zumindest eines zweiten Absorptionselements, auf der Oberfläche aufliegt.
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Hierbei ist besonders bevorzugt, dass das zweite Absorptionselement zumindest bereichsweise mit der Oberfläche des Bauteils verbunden ist, vorzugsweise mittels Kraftschluss, Formschluss, Adhäsion, Anspritzung, Verschraubung und/oder Anklipsen, das zweite Absorptionselement zumindest bereichsweise ein elastisches und/oder hochdämpfendes Material, vorzugsweise ein Elastomer, umfasst und/oder das erste Absorptionselement und das zweite Absorptionselement zumindest bereichsweise einstückig ausgebildet sind.
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Schließlich wird für das erfindungsgemäße Bauteil vorgeschlagen, dass das Bauteil zumindest bereichsweise von zumindest einem Gehäusedeckel, zumindest einer Ölwanne, zumindest einem Getriebe und/oder zumindest einem Luftfilter, vorzugweise eines Kraftfahrzeugs, umfasst ist.
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Weiterhin liefert die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen einer Oberfläche zumindest eines Bauteils, insbesondere eines erfindungsgemäßen Bauteils, umfassend die Bereitstellung zumindest eines Dämpfungselementes und Verbindung des Dämpfungselements mit der Bauteiloberfläche, wobei ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement bereitgestellt wird, ein erster Halteabschnitt des Dämpfungselements und ein zweiter Halteabschnitt des Dämpfungselements derartig mit dem Bauteil verbunden wird, dass der erste Halteabschnitt und der zweite Halteabschnitt von der Bauteiloberfläche beabstandet ist und durch den Druckbereich eine Vorspannung auf die Oberfläche aufgebaut wird.
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Weiterhin wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass zur Befestigung des Dämpfungselements an dem Bauteil der erste Haltabschnitt mit zumindest einem ersten Halteelement des Bauteils und/oder der zweite Halteabschnitt mit zumindest einem zweiten Halteelement des Bauteils verbunden wird, wobei vorzugsweise die Verbindung mittels Verschrauben, Vernieten, Formschluss, Kraftschluss, Verclipsen, Verrasten und/oder Verklemmen erfolgt und/oder mittels des ersten Halteelements und/oder des zweiten Halteelements eine Gegenkraft in ein Richtung entgegen der Normalenrichtung der Oberfläche aufgebaut wird.
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Schließlich kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Dämpfungselement derart relativ zu dem Bauteil positioniert wird, dass der Druckbereich die Vorspannung auf einen solchen Bereich der Oberfläche aufbaut, in dem sich bei einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz, insbesondere einer Eigenfrequenz, der Oberfläche, zumindest ein Schwingungsbauch ausbildet.
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Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass ein Dämpfungselement derartig ausgestaltet werden kann, dass auf konstruktiv einfache und damit kostengünstige Weise die Entstehung von Schwingungsphänomenen, die dadurch entstehen, dass ein Bauteil, beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor, in Schwingung versetzt wird und eine Bauteiloberfläche als Membran, durch die ein sekundärer Luftschall erzeugt wird, wirkt, eliminiert beziehungsweise reduziert werden kann, indem die Schallquelle zur Entstehung des sekundären Luftschalls selber ausgeschaltet wird.
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Entsprechend der Wirkung eines Fingerdrucks auf ein schwingendes Objekt, wie eine Tischplatte oder ein dünnwandiges Bauteil, wird durch das Dämpfungselement eine vergleichbare Funktion erreicht. Durch die Befestigung des Dämpfungselements an dem Bauteil mittels eines ersten Halteabschnitts und eines zweiten Halteabschnitts kann das Dämpfungselement derartig unter Vorspannung auf die Bauteilwandung beziehungsweise -oberfläche aufgedrückt werden, dass eine Schwingung der Oberfläche beziehungsweise der Wandung in diesem Bereich unterdrückt wird.
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Insbesondere in dem Fall, in dem die Position des Druckbereichs so gewählt ist, dass der Druckbereich in einem Bereich der Wandung des Bauteils aufliegt, in dem sich bei der Eigenfrequenz der Bauteilwandung Schwingungsbäuche ausbilden, wird die Strahlung von sekundärem Luftschall wirksam eliminiert. So neigen dünnwandige Bauteile oft zu Schwingungsmustern, welche durch ihren Membrancharakter einen sehr guten Schallabstrahlungsgrad aufweisen. Insbesondere, wenn das Bauteil Eigenmoden im Bereich einer Anregungsfrequenz, beispielsweise Modenordnungen eines von einem Motor oder einer Maschine abgestrahlten Schalls aufweisen, können sonst sekundäre Luftschalle auftreten, also eine Verstärkung des von der Ansaugquelle abgegebenen Schalls.
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Insbesondere um verhindern, dass der Kontakt zwischen dem Druckbereich und dem Bauteil beziehungsweise der Bauteilwandung abbricht, kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Dämpfungselement und dem Bauteil zumindest ein Absorptionselement angeordnet ist. Dabei kann das Dämpfungselement so aufgebaut werden, dass ein bei Befestigung an dem Bauteil vorgespanntes Federstahlelement mit einer auf der Oberfläche angeordneten elastischen, hochdämpfenden Unterlage, die als Absorptionselement wirkt, kombiniert wird. Insbesondere vor der Befestigung des Dämpfungselements an dem Bauteil kann das dann ungespannte Dämpfungselement, insbesondere Federstahlelement, die Form einer Tonnenfeder, eines Halbkreises, beziehungsweise einer Ellipse aufweisen.
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Durch die zwischen den Halteabschnitten und dem Druckbereich aufgebauten Vorspannkraft wird ein flächenmäßig eingeschränkter Bereich des Dämpfungselements auf das Bauteil beziehungsweise die Bauteilwandung angedrückt. In diesem Bereich wird ein Bewegung der Bauteilwandung wirksam unterdrückt und somit die Ausbreitung eines sekundären Luftschalls verhindert.
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Durch das erfindungsgemäße Dämpfungselement kann so die Ausbreitung eines unerwünschten Schalls auch bei dünnwandigen Bauteilen, insbesondere Kunststoffbauteilen ohne eine zusätzliche, herstellungstechnisch aufwendige und damit kostenintensive, Verrippung auf der Bauteilwandung erreicht werden. Auch können vergleichsweise kostengünstige Materialien für die Bauteilwandung verwendet werden, da es nicht zwingend notwendig ist, dass durch die Materialwahl eine Eigenfrequenz der Bauteilwandung in einen Bereich außerhalb einer Erregungsfrequenz verschoben wird.
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Gleichzeitig kann eine größtmögliche Bauraumverringerung erreicht werden, da das Bauteil durch die nicht mehr notwendige Verrippung kompakter ausgestaltet werden kann und lediglich der vergleichsweise geringere Bauraum zur Befestigung des Dämpfungselements an dem Bauteil vorgesehen werden muss. Insgesamt wird dadurch auch erreicht, dass das Bauteil selber ein geringeres Eigengewicht aufweist.
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Besonders bevorzugt ist, dass eine Vielzahl von Druckbereich vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, dass in dem Fall, in dem sich bei einer Eigenfrequenz der Bauteilwandung mehrere Schwingungsbäuche ausbilden, gleichzeitig die Vorspannung in allen Bereichen der Schwingungsbäuche ausgebildet werden kann. Beispielsweise kann das Dämpfungselement hierzu eine Vielzahl von punktuellen Noppen, beziehungsweise Erhöhungen, die auf der Oberfläche des Bauteils aufliegen, aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungselement weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass es im wesentlichen zu keiner Verschiebung in den Eigenfrequenzen des Bauteils kommt, also die bei der Eigenmode des Bauteils vorliegende Schwingung nicht in einer andere Schwingungsform konvertiert wird. Durch das erfindungsgemäße Dämpfungselement wird lediglich erreicht, dass die vertikalen Schwingungen der Bauteilwand in horizontale Kräfte umgewandelt werden, also in horizontaler Richtung abgeleitet werden.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungselement ist darüber hinaus vielfältig einsetzbar, insbesondere für viele verschiedene Bauteile, wie Gehäusedeckel, Ölwannen, Getriebe, Luftfilter, also im wesentlichen jedes in einem Kraftfahrzeug verbauten Bauteils, welches als Quelle für einen sekundären Luftschalls dienen könnte.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von beispielshaften Figuren erläutert sind.
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Dabei zeigt:
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1: eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements vor Verbindung mit einem Bauteil;
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2: das Dämpfungselement der 1 nach Verbindung mit dem Bauteil;
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3: eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements vor Verbindung mit einem Bauteil;
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4: das Dämpfungselement der 3 nach einer Verbindung mit dem Bauteil; und
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5: eine Aufsicht auf das Dämpfungselement der 3 und 4 aus Richtung A in 4.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement 1, welches zur Dämpfung von Körperschallschwingungen eines Bauteils 3 dient, dargestellt. Das Dämpfungselement 1 umfasst ein Stahlfederelement 5, an welchem mittels Um- bzw. Anspritzung ein Elastomerkörper 7, der als Absorptionselement dient, angeordnet ist. Insbesondere stellt das Stahlfederelement 5 einen Kern des Dämpfungselements 1 dar, welches von dem Absorptionselement umgeben ist. Das Dämpfungselement 1 weist einen ersten Halteabschnitt 9 und einen zweiten Halteabschnitt 11 auf. Im Zwischenbereich zwischen dem ersten Halteabschnitt 9 und dem zweiten Halteabschnitt 11 ist ein Druckbereich 13, der später genauer beschrieben wird, ausgebildet.
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Das Bauteil 3 weist eine Oberfläche bzw. Wandung 15 auf. Im Bereich der Wandung 15 ist ein erstes Halteelement 17 und ein zweites Halteelement 19 ausgebildet. In 1 wird das Bauteil 3 und das Dämpfungselement 1 im nicht verbundenen Zustand dargestellt.
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In 2 ist eine Querschnittsansicht des Bauteils 3 und des Dämfpungselements 1 im verbundenen Zustand dargestellt. Wie 2 zu entnehmen ist, ist das Dämpfungselement 1 an dem Bauteil 3 mittels der Halteelemente 17 und 19, die mit den Halteabschnitten 9 und 11 wechselwirken, verbunden. Aufgrund der in 1 dargestellten Querschnittsform des Dämpfungselements 1 bewirkt die Halterung des Dämpfungselements 1 im Bereich der Halteabschnitte 9, 11, dass das Dämpfungselement 1 im Bereich des Druckbereichs 13 unter Vorspannung auf der Wandung 15 aufliegt. Durch die Halteelemente 17, 19 wird ein Widerlager gebildet, das bewirkt, dass das Dämpfungselement 1 im Druckbereich 13 eine Kraft F, die parallel zu einer Normalenrichtung N der Wandung 15 verläuft, ausgeübt wird.
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Der Druckbereich 13 ist so an dem Dämpfungselement 1 angeordnet, dass er im Bereich eines Schwingungsbauches der Wandung 15 bei Anregung der Wandung 15 mit einer Eigenfrequenz angeordnet ist. Dadurch wird bewirkt, dass eine Bewegung der Wandung 15 in die Normalerichtung N in eine Kraft entlang des Dämpfungselements 1 bzw. der Wandung 15, also eine im wesentlichen horizontalen Richtung geleitet wird. Dadurch wird erreicht, dass es zu keiner Schwingungsanregung der Wandung 15 kommt und so ein Sekundärschall vermieden wird, also erst gar nicht entsteht.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements 1‘ dargestellt. Die Elemente des Dämpfungselements 1‘ und des Bauteils 3’, die denjenigen des Dämpfungselements 1 bzw. des Bauteils 3 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings einfach gestrichen.
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Wie 3 zu entnehmen ist, weist das Dämpfungselement 1‘ im Gegensatz zu dem Dämpfungselement 1 eine Vielzahl von Druckbereichen 13‘, die als Erhebungen auf der Oberfläche des Dämpfungselements 1‘ ausgebildet sind, auf. Darüber hinaus ist ein Absorptionselement 7‘ nicht an dem Dämpfungselement 1‘ sondern dem Bauteil 3‘, insbesondere der Bauteilwandung 15‘ ausgebildet.
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Ähnlich dem Dämpfungselement 1 wird das Dämpfungselement 1‘ über die Halteelemente 17‘, 19‘ im Bereich der Halteabschnitte 9‘, 11‘ mit dem Bauteil 3‘ verbunden. Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, bewirkt die Vorspannung des Dämpfungselements 1‘ und die Wirkung der Halteelemente 17‘, 19‘ als Widerlager, dass die Druckbereiche 13‘ auf der Wandung 15‘ bzw. Absorptionselement 7‘ aufliegen.
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Wie insbesondere 5, die eine Aufsicht auf das Dämpfungselement 1‘ aus Richtung A in 4 darstellt, zu erkennen ist, sind die Druckbereiche 13‘ an solchen Positionen des Dämpfungselements 1‘, insbesondere dem Federelement 5‘ angeordnet, dass bei einer Befestigung des Dämpfungselements 1‘ an dem Bauteil 3‘ die Druckbereiche 13‘ in Bereichen der Wandung 15‘ aufliegen, in denen bei einer Anregung der Wandung 15‘ mit einer Eigenfrequenz entsprechende Schwingungsbäuche ausgebildet werden. Dadurch wird wirksam eine Ausbildung von Schwingungsbewegungen in der Wandung 15‘ unterbunden.
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Die Absorptionselemente 7, 7‘ bewirken insbesondere, dass bei einer Bewegung der Wandung 15‘ in eine Richtung entlang der Normalenrichtung keine Ablösung der Druckbereiche 13 bzw. 13‘ von der Wandung 15‘ erfolgt. Aufgrund der punktuellen Einwirkung der Druckkraft auf die Wandung 15, 15‘ wird somit verhindert, dass das Dämpfungselement selber als Schallemissionsquelle bzw. als Membran dient, insbesondere mit der Wandung 15‘ mitschwingen kann.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1’
- Dämpfungselement
- 3, 3’
- Bauteil
- 5, 5’
- Stahlfederelement
- 7, 7’
- Elastomerkörper
- 9, 9’
- Halteabschnitt
- 11, 11’
- Halteabschnitt
- 13, 13‘
- Druckbereich
- 15, 15’
- Wandung
- 17, 17’
- Halteelement
- 19, 19’
- Halteelement
- A
- Richtung
- F
- Kraft
- N
- Normalenrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10201763 A1 [0004]
- DE 19739778 C2 [0005]
- DE 19826176 A1 [0006, 0006]
