DE2243329A1

DE2243329A1 - Geraeuschdaemmendes, wandbildendes bauelement

Info

Publication number: DE2243329A1
Application number: DE19722243329
Authority: DE
Inventors: Heinz Fachbach; Gerhard Thien
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1972-09-02
Publication date: 1973-04-05
Also published as: DE2243329B2; GB1409906A; DE2243329C3; ATA840171A; FR2155371A5; AT325897B

Description

PAff.NTANVV.-MT

DIPL.-INQ. RUDOLF BiBR/XCH

QtmiNtiPN- PUT Π .V WEC, 6
IFLI-FON 173 «3

Dipl.Ing.Dr.Dr.h.c.Hans LIST, Graz Österreich

Geräuschdämmendes wandbildendes Bauelement

Die Erfindung "betrifft ein geräuschdämmendes wandbildendes Bauelement, insbesondere Gehäuse bzw. Gehäuseteil einer Kraft- oder Arbeitsmaschine.

Es ist bekannt, daß Frequenzspektren von körperschallerregenden Vorgängen entweder mit steigender Frequenz stetig abfallen, wie dies beispielsweise beim Brennraumdruck einer Brennkraftmaschine der Fall ist, oder zumindest ab einer bestimmten Frequenz steil abfallen, wie dies bei mechanischen Stoßvorgängen zutrifft. Das bedeutet also, daß die Stärke der Körperschallerregung entweder mit steigender Frequenz oder zumindest ab einer bestimmten Frequenz kleiner wird.

Jeder Bauteil hat nun eine Vielzahl von Eigenfrequenzen, die durch den eingeleiteten Körperschall erregt werden. Wenn es gelingt, durch entsprechende

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konstruktive Gestaltung des betreffenden Bauteiles die tiefsten Eigenfrequenzen so hoch zu legen, daß sie bereits in den Bereich der kleiner werdenden Anregungen zu liegen kommen, ist damit eine Abnahme des von dem betreffenden Bauteil erzeugten Geräusches sicher gewährleistet. Die Biegefrequenzen von Wandelementen hängen ab· von der Wandstärke, der Stützweite und den Materialeigenschaften. Die grundsätzliche Abhängigkeit dieser Größen ist durch die Gleichung f = konst. χ ·| ψ-γ- gegeben,

wobei f die Frequenz, s die Wandstärke, 1 die Stützweite, E den Elastizitätsmodul und ? die Dichte des Wandmaterials bedeuten. Die Konstante hängt ab von der Art und Steifheit der Stützung. Sie ist durch die Konstruktion vorgegeben und daher nur im geringen Ausmaß beeinflußbar.

Durch eine Abänderung der Stützweite wäre zufolge der quadratischen Abhängigkeit eine starke Beeinflussung der Frequenz möglich, doch ist die Stützweite im allgemeinen durch die gegebenen Hauptabmessungen des betreffenden Bauteiles weitgehend festgelegt. Die Wandstärke ist eine weitere wesentliche Einflußgröße. Ihre Vergrößerung ist jedoch mit einer proportionalen und daher nicht realisierbaren Gewichtszunahme verbunden, soferne das Material beibehalten wird.

Es ist bereits ein Fahrzeug-Dieselmotor bekannt geworden, bei dem durch die Ausbildung des Gehäuses mit extrem großer Wandstärke und aus einem Material mit sehr günstigem Verhältnis von Elastizitätsmodul zur Dichte eine wesentliche Erhöhung der Eigenfrequenzen

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der Wandteile erreicht wurde. An Stelle eines Graugußgehäuses wurde ein Gehäuse aus Magnesium mit gleichem Gewicht, d.h. etwa sechsfacher Wandstärke verwendet, wordurch sich die Eigenfrequenzen der Wandteile Verzehnfachben. Die erzielte Geräuschmilderung betrug bei sonst unverändertem Motor ca. 10 dB(A). Die großen Korrosionsprobleme und die beträchtlichen Materialkosten haben eine Verbreitung dieser Lösung der bestehenden Geräuschprobleme bisher unterbunden.

Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein geräuschdämmendes wandbildendes Bauelement anzugeben, welches bei großer Steifigkeit bei nur g§- ringem Mehraufwand an Material eine wesentlich verringerte Schallabstrahlung gewährleistet. Dieses -Bauelement soll insbesondere zur Herstellung von Maschinengehäusen und deren Deckel geeignet sein, welche Bauteile durch Körperschalleinleitung zu Schwingungsvorgängen angeregt werden und dadurch Luftschall abstrahlen. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß zumindest an einer Wandfläche des Bauelementes in an sich bekannter Weise von der Wandfläche abstehende Stege od.dgl. in Abständen voneinander angeordnet sind, und daB die Stege kreuzweise in zwei zueinander etwa senkrechten Richtungen verlaufen, wobei das Verhältnis von Steghöhe plus Wanddicke zu Wanddicke mindestens 4 beträgt und das Verhältnis der lichten Weite zwischen benachbarten Stegen zur Stegbreite im Bereich zwischen 4 und 14 liegt.

Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß bei Auflösung einer vollen Wand in Stege, die auf einer relativ dünnen, nur einen Bruchteil der vollen

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Wandstärke aufweisenden Verbindungswand stehen, mit größer werdendem Abstand zwischen den Stegen zunächst sogar eine Erhöhung der Eigenfrequenz gegenüber der vollen Wand entsteht und auch bei sehr groi3en Stegabständen nur ein geringfügiges Absinken der Eigenfrequenz gegenüber der der vollen Wand eintritt.

Es ist daher beispielsweise möglich, mit einem Bauelement nach der Erfindung bei nur etwa 25 Ί» des Gewichtes der vollen Wand dieselben Biegeeigenfrequenzen zu erzielen oder aber mit nur etwa einer Verdoppelung des Wandgewichtes durch Anbringung von Stegen je nach Abstand der Stege ein Vielfaches der Biegeeigenfrequenzen der ursprünglichen Wand zu erreichen.

Es hat sich gezeigt, daß bei Einhaltung der durch die Erfindung angegebenen Verhältnisse der Steg- und Wandabmessungen bei den im Maschinenbau üblichen Gehäusen und Deckeln und den in der Regel auftretenden Erregungen ohne weiteres eine wenigstens 3- bis 4-fache Frequenzerhöhung erreicht werden kann. Bei bekannten Wandelementen, die aus Festigkeitsgründen mit Stegen in Form von Versteifungsrippen versehen sind, ist im Normalfall keine ausreichende Höhenverschiebung der Biegeeigenfrequenzen zu erhalten, wobei unter ausreichend verstanden wird, daß die Resonanzen in den eingangs erwähnten Bereich schwächerer Erregung gelangen.

Als obere Grenze für die praktische Ausführung des Bauelementes nach der Erfindung ergibt sich etwa das 2,5-fache des ursprünglichen Gewichtes der unverrippten Wand.

in weiterer Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Stege zumindest annähernd parallel zu den

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Außenkonturen des Bauelementes. Diese Ausbildung ist aus !Festigkeitsgründen und wegen der einfachen gußtechnischen Gestaltung von Vorteil.

Schließlich empfiehlt es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Schraubenbutzen, durchgehende Bohrungen od.dgl. an den Kreuzungsstellen der Stege anzuordnen. Die Schraubenbutzen oder sonstigen zur Befestigung von Zubehörteilen od. dgl. an dem betreffenden Bauelement dienenden Wandteile erhalten dadurch eine besondere Versteifung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Querschnitt eines Bauelementes nach der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht des Bauelementes nach Fig. 1, Fig. 3 ein das Verhältnis der relativen Frequenz zum relativen Rippenabstand betreffendes Diagramm, Fig. 4 ein weiteres Diagramm über das Ver.-hältnis des relativen Gewichtes zum relativen Rippenabstand, Fig. 5 eine Seitenansicht eines Kurbelgehäuseoberteiles nach der Erfindung und Fig. 6 eine Vorderansicht des Kurbelgehäuses nach Fig. 5.

Aus den Fig. 1 und 2 ist der grundsätzliche Aufbau eines geräuschdämmenden Elementes 1 nach der Erfindung ersichtlich. Dieses besteht aus einem plattenförmigen Teil 2, der an der Außenfläche 4 in regelmäßigen Abständen voneinander Stege 3 aufweist, die einander im rechten Winkel kreuaen. Die Maßverhältnisse sind dabei entsprechend dem Erfindungsgedanken so gewählt, daß die Gesamt-Querschnittshöhe h (Steghöhe, vermehrt um die Wanddicke a) mindestens viermal so groß als die Wanddicke s ist und außerdem die lichte Weite t - s (Rippenabstand t, vermindert um die Stegbreite s)

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mehr als viermal so groß als die Stegbreite s ist.

Aus dem Diagramm nach Fig. 3 ist der Zusammenhang der relativen Frequenz f/f , d.h. also der

möglichen Vervielfachung der Eigenfrequenz des erfindungsgemäßen Bauelementes gegenüber der Eigenfrequenz f einer unverrippten Wand, mit dem relativen Rippenabstand ( t - s ), also dem Verhältnis der lichten Weite zwischen den Stegen zur Stegbreite, zu entnehmen. Als Parameter der aus dem Diagramm ersichtlichen Kurvenschar ist das Verhältnis h/s, d.h. die relative Rippenhöhe verwendet. Das Verhältnis h/s = 1 entspricht dabei der unverrippten Wand, Die relative Frequenz ist für diesen Fall gleich 1. Die technisch brauchbaren Grenzen für die verschiedenen Verhältniswerte sind in dem Diagramm durch unterschiedliche Schraffur hervorgehoben. Das rechtBBchraffierte Gebiet A wird durch die praktisch realisierbaren Grenzwerte 4 und 14 des relativen Rippenabstandes nach beiden Diagrammseiten hin abgegrenzt. Als untere Grenze des Gebietes A wird eine relative Steghöhe h/s = 4 angenommen.

Das technisch anwendbare Gebiet des Diagrammes nach Fig. 3 kann aber auch nach einem anderen Gesichtspunkt, entsprechend dem linksschraffierten Bereich B in Fig. 3, definiert werden. Hier wird als praktisch brauchbare untere Grenze eine relative Frequenz von 4 angenommen, wogegen die obere Grenze durch die Gerade g bestimmt ist, die den oberen zulässigen Grenzwert für das relative Gewicht G/G von 2,5 repräsentiert. Dabei bedeutet G das Gewicht der verrippten und G_w das Gewicht der unverrippten Wand.

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Aus dem Diagramm der Fig. 4 ist der Zusammenhähg zwischen dem relativen Gewicht G/G und dem relativen Rippenabständ (t - s) /s für verschiedene relative Steghöhen h/s ersichtlich. Die technisch anwendbaren Grenzen der genannten Verhältniswerte sind in Analogie zum Diagramm der Pig. 3 durch das rechtsschraffierte Gebiet A¹ und das linksschraffierte Gebiet B.¹ bestimmt.

Die Pig. 5 und 6 zeigen einen praktischen Anwendungsfall der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine. Die gesamte Seitenwand 5 und Teile der Stirnwand 6 des dargestellten Kurbelgehäuse- Oberteiles sind als geräuschdämmende Wände nach der Erfindung ausgebildet und mit von der Außenwandfläche abstehenden Stegen 3 versehen, die im wesentlichen parallel zu den Außenkonturen der betreffenden Wandteile verlaufen. Bei der Seitenwand 5 bilden die Stege 3 somit ein nahezu durchgehendes orthogonales Stegsystem. Die Stegabmessungen und -abstände sowie die Wandstärkenverhältnisse entsprechen den durch die Erfindung festgelegten Verhältniswerten.

Wie Fig. 5'zeigt, sind Schraubenbutzen 7 für die Befestigung von Zubehörteilen der Brennkraftmaschine in das Stegsystem mit einbezogen und jeweils an Kreuzungspunkten der Stege 3 angeordnet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern ist auch für die Gestaltung von Gehäusen bzw. Gehäuseteilen beliebiger anderer Maschinen, deren Wandungen durch Körperschall erregt werden, geeignet. Voraussetzung für den erwünschten geräuschdämmenden Effekt ist dabei die Einhaltung der durch die Erfindung definierten Verhältniswerte.

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Claims

- 8 - 22A3329

Patentansprüche :

/iJ Geräuschdämmendes wandbildendes Bauelement, insbesondere Gehäuse bzw. Gehäuseteil einer Kraftoder Arbeitsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einer Wandfläche (4) des Bauelementes (1) in an sich bekannter Weise von der Wandfläche abstehende Stege (3) od.dgl. in Abständen (t) voneinander angeordnet sind, und daß die Stege (3) kreuzweise in zwei zueinander etwa senkrechten Richtungen verlaufen, wobei das Verhältnis von Steghöhe plus Wanddicke (h) zu Wanddicke (s) mindestens 4 beträgt und das Verhältnis der lichten Weite (t-s) zwischen benachbarten Stegen (3) zur Stegbreite (s) im Bereich zwischen 4 und 14 liegt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3) zumindest annähernd parallel zu den Außenkonturen des Bauelementes verlaufen.

3. Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schraubenbutzen, durchgehende Bohrungen od. dgl. an den Kreuzungsstellen der Stege (3) angeordnet sind.

29.8.1972
Ha

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