DE2063768A1

DE2063768A1 - Anordnung nach Art eines Absorptionsschalldämpfers, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2063768A1
Application number: DE19702063768
Authority: DE
Inventors: Siegfried 3180 Wolfsburg Sorber
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-12-24
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1972-07-13
Also published as: US3746114A; IT945442B; FR2119683A5

Description

VOLKSVAaENWERK Aktiengesellschaft

518 Wolfsburg 23, 12. ?tt

Unsere Zeichen> K 1024

9704-Hu/Ba

Anordnung nach Art eines Absorptionsschalldämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Sie Erfindung betrifft eine Anordnung nach Art eines Absorptionsschalldämpfers mit bezüglich der Schallquelle vor einer schallharten Wand angeordnetem schallabsorbierenden Material, für dessen Schallabsorption die Schallsohnelle entscheidend ist. Es handelt sich dabei also beispielsweise um poröses, insbesondere offenporiges Material, gegebenen» falls auch Fasermaterial, bei dem die erwünschte Dämpfung in der Schallausbreitung durch Absorption der Schallenergie, also durch Umwandlung in Wärme, erfolgt. Man kann sich diese Energieumwandlung als durch Reibung zwischen den bewegten Partikeln des sohallfuhrenden Mediums einerseits und dem Skelett des porösen Materials andererseits rorstellen. Demgemäß ist die für die jeweilige Schallabsorption entscheidende Größe die Schallschnelle, nämlich die Teilchengeschwindigkeit quer zur Ausbreitungsrichtung des Schalles.

Wie aus diesem Mechanismus der Energieumsetzung bei derartigen

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Materialien unmittelbar folgt, ist Toraussetzung für eine wirksame Schallabsorption eine solche Anordnung des schallabsorbierenden Materials,daß es im Bereich einer möglichst hohen Schallschnelle liegt. Betrachtet man unter diesem Gesichtspunkt bekannte Konstruktionen, bei denen das schallab·» sortierende Material unmittelbar auf eine tragende, schallharte Wand, beispielsweise ein Gehäuse oder eine Trennwand in einer Karosserie, aufgebracht ist, so ist die Wirksamkeit einer derartigen Anordnung verständlicherweise sehr begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung nach Art eines Absorptionsschalldämpfers der obenbezeichneten Bauart zu schaffen, die eine erheblich bessere Ausnutzung der schallabsorbierenden Eigenschaften des Materials garantiert. Sie Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeug« bestimmt, beispielsweise zur Verhinderung der Ausbreitung von im Motorraum entstehenden Schallschwingungen, jedoch läßt aie sich auch in anderen Bereichen immer dann mit Vorteil anwenden, wenn mit möglichst geringem Aufwand an schallabsorbierendem Material eine gute Schallabsorption sichergestellt sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung der definierten Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das schallabsorbierende Material in einem Abstand Tor der Wand angeordnet ist, der zumindest ungefähr gleich einer Viertel Wellenlänge der höchsten zu dämpfenden Schallfrequenz ist.

Sie «rfindungsgemäße Anordnung des schallabsorbierenden Materials in einem bestimmten Abstand vor der schallharten Wand, beispielsweise der Wandung des Schalldämpfers oder einer ohnehin vorhandenen Wand, di· aus Metall bestehen kann, trägt also der Tatsache Rechnung, daß unmittelbar vor der schaukasten Wand die wandnormale Schallschnelleden Wert 0 hat, so daS dort vorhanden·« schallabsorbierendes Material nicht zur Schallabsorption beiträgt, während in dem Abstand einer Viertel

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Wellenlänge der höchsten zu dämpfenden Schallfrequenz das Maximum der für die Schallabsorption nach des oben Gesagten entscheidenden Schallschnelle vorliegt. Je größer man demgemäß den Abstand zwischen der schallharten Wand einerseits und dem schallabsorbierenden Material andererseits wählt, desto größer ist die hierdurch erzielte Verschiebung der Absorptionsgradkurre der Anordnung zu tieferen Schallfrequenzen hin. Während also die Anordnung des schallabsorbierenden Materials unmittelbar auf der schallharten Wand zu einer Dämpfung nur sehr hoher Frequenzen, die ohnehin in dtr Regel oberhalb des Hörbereichs des Menschen liegen, führt, gestattet die Erfindung die Dämpfung gerade derjenigen Frequenzen mit ix Prinzip denselben Mitteln vorzunehmen, die infolge ihrer Lage innerhalb des Hörbereichs störend sind.

In der Regel genügt es nun nicht, nur eine einzige Frequenz oder ein sehr schmales Frequenzband zu dämpfen, sondern es muß ein mehr oder weniger breiter Schallfrequenzbereich in den Material absorbiert werden. Während der mehrfach erwähnte Abstand zwischen der schallharten Wand einerseits und dem schallabsorbierenden Material andererseits zur Festlegung der höchsten gedämpften Schallfrequenz dient, steht in Gestalt der Dicke des schal!absorbierenden Materials, also der Stärke der durch dieses beispielsweise gebildeten Schicht,ein weiterer Parameter zur Verfügung, der zur Bestimmung des zu dämpfenden Schallfrequenzbereichs herangezogen werden kann. Sie diesbezügliche Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei einem zu dämpfenden Schallfrequenzbereich f2-f1, worin f2 die höchste und f1 die niedrigste zu dämpfende Schallfrequenz sind, das schallabsorbierende Material eine Schicht der Sicke d bildet, die unter Berücksichtigung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit c in der Atmosphäre zumindest ungefähr die Bedingung

c-(f2 - fi)

d - - —

4 . f 1 · f 2

erfüllt.

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In dieser Beziehung stellt c also die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der jeweils vorhandenen Atmosphäre dar. In der Regel wird dies Luft sein; die Erfindung läßt sich jedoch auch bei einer anderen Gasatmosphäre einsetzen, wo dann der entsprechende Wert für c zu berücksichtigen ist.

Ergänzend sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß gegebenenfalls auch die Atmosphärentemperatur und der Druck berücksichtigt werden muß. Für die Schallausbreitung in Luft hat c bei 13,67° Lufttemperatur und 76O Torr den Wert 34 · 1(r om/s.

Die Erfindung läßt sich also, wie bereits bemerkt,so ausbilden, daß die Wand eine ebene oder gekrümmte Wand beispielsweise in einem Kraftfahrzeug bildet und in dem definierten Abstand Tor dieser schallharten Wand das schallabsorbierende Material angeordnet ist. Es kann beispielsweise mittels stegartiger Verbindungen an der schallharten Wand gehalten sein. Im folgenden werden einige Ausführungsformen der Erfindung für den Fall beschrieben, daß die Wand einen Kanal bildend geformt ist; in diesem Falle verläuft das schallabsorbierende Material länge der Kanalachβe allseitig den Abstand von zumindest ungefähr einer Viertel Wellenlänge von der Wand wahrend. Dabei kann bei einer Ausführungsform der Erfindung der allseitige Abstand einen freien Strömungsquerschnitt bilden. Während also bei bekannten Dämpferanordnungen das schallabsorbierende Material unmittelbar auf der Wand angeordnet ist, sieht die Erfindung bewußt einen allseitigen, im Hinblick auf die Frequenz definierten Abstand zwischen dem Material einerseits und der Wand andererseits vor, der bei diesem Ausführungsbeispiel als freier Strömungsquerschnitt beispielsweise für ein Gas dient. Die Verlegung des Strömungsquerschnittes in den äußeren Bereich des Kanals hat den Vorteil, daß man einerseits einen größeren freien Ströaungsquersohnitt als bei den bekannten dämpfenden Anordnungen hat und andererseits sich infolge dieses bei gleichen Kanalabmessungen größeren Strömungsquersohnittes eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit und damit auch ein niedrigerer Schall-

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pegel einstellt. Weiterhin wird durch die Konzentration des schallabsorbierenden Materials im Bereich der Kanalachse gleichzeitig die wirksame Materialdicke bei gleicher Oberfläche und verringerter Materialmenge erhöht.

Um die Schallausbreitung in des schallabsorbierenden Material in Richtung der Kanalachse zu unterbinden, ist es zweckmäßig, das schallabsorbierende Material durch Zwischenwände in in Richtung der Kanalachse aufeinanderfolgende Absorptionskammern zu unterteilen. Diese Zwischenwände erstrecken sich also nur innerhalb des schallabsorbierenden Materials, so daß sie den freien Strömungsquerschnitt, der durch den allseitigen Abstand gebildet ist, nicht beeinträchtigen.

Es ist jedoch auch möglich, in dem schallabsorbierenden Material einen längs der Kanalachse verlaufenden freien Strömungsweg Torzusehen, während der durch den allseitigen Abstand gebildete Raum strömungsfrei ist. In diesem Falle kann man das schallabsorbierende Material einschließlich der durch den allseitigen Abstand gebildeten Räume durch Zwischenwände in in Richtung der Kanalachse aufeinanderfolgende Absorptionskammern unterteilen.

Beim Torsehen von Zwischenwänden schlechthin zur Unterteilung des schallabsorbierenden Materials brauchen die einzelnen Absorptionskammern nicht unmittelbar aufeinander zu folgen, viel- Λ mehr können zwischen ihnen auch gewisse Abstände gewahrt sein.

An sich ist es aus der US-Patentschrift 2 134 493 bekannt, ein schallabserbierendes Material, beispielsweise ein poröses Fibermaterial, in einem Abstand vor einer Metallwand zu halten. Hierzu dient eine Zwischenlage aus wärmeisolierendem Material. Bei dieser bekannten Anordnung dient der Zwischenraum also nicht akustischen Zwecken, sondern ist allein durch die Notwendigkeit einer Wärmeisolierung bedingt und in seiner Größe bestimmt. Weiterhin zeigt die deutsche Patentanmeldung E 1793, 42g -1/10, eine körperschalldämpfende Torrichtung

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für zylindrische oder elliptische Rohre mit innerer Kammereinteilung, die über den Mantel einer Kammer an der Stelle der Schwingungsmaxima gelegte Bänder enthält. Auch diese Anordnung gibt jedoch keinen Hinweis darauf, ein sehallabsorbierendea Material in einem durch die höchste zu dämpfende Schallfrequenz bestimmten Abstand vor einer schallharten Wand anzuordnen.

Im folgenden wird die Wirkung der Erfindung nochmals anhand des in Figur 1 dargestellten Diagramms erläutert, während anschließend anhand der Figuren 2 und 3 zwei auf die Schalldämpfung von Kanälen abgestellte Aueführungsbeispiele erläutert werden.

Das Diagramm nach Figur 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Schallabsorptionsgrad a, gemessen in Prozent, und der in Hz gemessenen Schallfrequenz f für ein bestimmtes Material. Selbstverständlich sind die dort wiedergegebenen Kurven bei einem bestimmten statischen Luftdruck, einer definierten Lufttemperatur und einer bestimmten mittleren Dicke des schallabsorbierenden Materials aufgenommen.

Betrachtet man zunächst die ausgezogen dargestellte Kurve für denjenigen Fall, daß zwischen dem schallabsorbierenden Material und der schallharten Wand kein Abstand vorgesehen ist, also bein Stand der Technik, so ergibt sich ein maximaler Schallabsorptionagrad a bei einer Frequenz oberhalb von vier kHz. Führt man nun gemäß der Erfindung einen Abstand zwischen dem schallabsorbierenden Material einerseits und der Wand andererseits von beispielsweise 1,2 cn ein, so wird die ausgezogene Kurve in die unterbrochen wiedergegebene Kurve verschoben. Wie man erkennt, liegt jetzt das Maximum dieser Schallabsorptionskurve zwischen zwei und drei kHz. Durch geeignete Dimension!®«=. rung der Dicke der schallabsorbierenden Schicht läßt sich die unterbrochen wiedergegebene Kurve im Bedarfsfalle noch so verbreitern, daß ein größerer störender Schallfreqoensbereieh gedämpft wird.

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Betrachtet man nun die Ausführungsbeiepiele nach den Figuren 2 und 3, so ist ihnen eine einen Kanal mit quadratischem Querschnitt bildende schallharte Wand 1 gemeinsam. Gemeinsam ist ihnen ferner die Anordnung des schallabeorbierenden Materials in einem Abstand b von der Wand 1. Unterschiedlich ist jedoch die Ausgestaltung des Querschnitts des schallabsorbierenden Materials einerseits und die Ausnutzung des

durch den allseitigen Abstand b gebildeten Zwischenraumes andererseits.

Betrachtet man zunächst das AusfUhrungsbeispiel nach Figur 2, so bildet das schallabsorbierende Material 2 einen sich längs der Kanalachse erstreckenden, einen homogenen Querschnitt aufweisenden Strang. Der durch den Abstand b gebildete

Zwischenraum 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als freier ™

Strömungsweg ausgenutzt. Gegenüber einer Anordnung, bei der der Zwischenraum 3 ^von schallabsorbierendem Material ausgefüllt und stattdessen der von dem absorbierenden Material 2 in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingenommene Raum als Strömungsweg dient, bietet die erfindungsgemäße Ausbildung nicht nur in akustischer Hinsicht unmittelbare Vorteile durch die frequenzbezogene Anordnung des schallabsorbierenden Materials, sondern auch durch einen größeren Stritmungsquerschnitt bei gleichen Außenabmessungen des Kanals und eine wirksamere Ausnutzung des schallabsorbierenden Materials bei verringertem Materialaufwand. Dies beruht darauf, daß

der Strömungsweg hier in äußere Umfangsbereiche des Kanals A

verlegt ist.'

Man kann das schallabsorbierende Material durch quer zur Achse des Kanals verlaufende Zwischenwände unterteilen, die beispielsweise durch Stege von der Wand 1 gehalten sind. Diese Zwischenwände, die also eine Schallausbreitung innerhalb des absorbierenden Materials in Kanalacherichtung unterbinden sollen, dürfen aber nicht den freien Strömungsquerschnitt 3 beeinträchtigen.

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In dem Auaftihrungebeiepiel nach Figur 3 schließlich ist der durch den allseitigen Abstand b gebildete Zwischenraum 3 nicht zur Führung einer Strömung ausgenutzt, sondern hierfür dient der sich axial erstreckende Hohlraum 5 in «Lern schallabsorbierenden Material 6. Verwendet man auch in diesem Falle Zwischwände, so erstrecken diese sich über den Querschnitt sowohl des schallabsorbierenden Materials 6 als auch des Zwischenraumes 4·

Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Querschnitte beschränkt, vielmehr können diese auch quadratisch oder rund sein. Weiterhin sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei ebenen schallharten Wänden Einsatz finden kann. Die Erfindung erstreckt sich ferner auf Ausfuhrungsformen ähnlich denen nach den Figuren 2 und 5t bei denen das schallabsorbierende Material mit einzelnen - z.B. zwei sich gegenüberliegenden -Flächen ohne Wahrung des Abstandes auf der schallharten Wand aufliegt. Derartige Ausführungen können einen günstigen Kompromiß zwischen akustischen Eigenschaften einerseits und mechanischer Festigkeit andererseits darstellen. Schließlich braucht das schallabsorbierende Material keinen kompakten Strang zu bilden, sondern kann in mehreren, sich in Achsrichtung erstreckende, Zwischenräume bildende Teilsträngen unterteilt sein.

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Claims

Ansprüche

ιΊ J Anordnung nach Art eines Absorptionsschalldämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge_y mit bezüglich der Schallquelle Tor einer schallharten Wand angeordnetem schallabsorbierenden Material, für dessen Schallabsorption die Schallschnelle entscheidend ist, dadurch gekennzeichnet, daß das schallabsorbierende Material (Fig. 5«6) in einem Abstand (b) Tor der Wand (1) angeordnet ist, der zumindest ungefähr gleich einer Viertel Wellenlänge der höchsten zu dämpfenden Schallfrequenz ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zu dämpfenden Schallfrequenzbereich f2-f1, worin f2 die höchste und f1 die niedrigste zu dämpfende Schallfrequenz sind, das schallabsorbierende Material (6) eine Schicht der Dicke d bildet, die unter Berücksichtigung der Schallausbreitungs&eschwindigkeit c in der Atmosphäre zumindest ungefähr die Bedingung

(f2 -

f1 . f2

erfüllt.

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (1) einen Kanal bildend geformt ist und das schallabsorbierende Material (6) längs der Kanalachse allseitig den Abstand von zumindest ungefähr einer Viertel Wellenlänge τοη der Wand (1) wahrend Terläuft.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der allseitige Abstand (Fig. 2:b) einen freien Strömungsquerschnitt (3) bildet.

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5. Anordnung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß nur das schallabsorbierende Material (2) durch Zwischenwände in in Richtung der Kanalachse aufeinanderfolgende Absorptionskamaern unterteilt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß

in dem schallabsorbierenden Material (Fig. 3x6) ein längs der Kanalachse verlaufender freier Strömungsweg (5) vorgesehen ist, während der durch den allseitigen Abstand (b) gebildete Raum (4) etrömungsfrei ist.

7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur das schallabsorbiirende Material (6) und der durch den allseitigen Abstand (b) gebildete Raus (4) durch Zwischenwände in in Richtung der Kanalachse aufeinanderfolgende Absorptionskamatern unterteilt sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das schallabsorbierende Material (6) ein poröses Material ist.

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